嵌入式linux之Nor/Nand FLASH的讀寫
所謂Flash，是記憶體（Memory）的一種，但兼有RAM和ROM 的優點，是一種可在系統（In-System）進行電擦寫，掉電後資訊不丟失的儲存器，同時它的高整合度和低成本使它成為市場主流。
Flash 晶片是由內部成千上萬個儲存單元組成的，每個單元儲存一個bit。具有低功耗、大容量、擦寫速度快、可整片或分扇區在系統程式設計（燒寫）、擦除等特點，並且可由內部嵌入的演算法完成對晶片的操作，因而在各種嵌入式系統中得到了廣泛的應用。
作為一種非易失性儲存器，Flash在系統中通常用於存放程式程式碼、常量表以及一些在系統掉電後需要儲存的使用者資料等。
常用的Flash為8位或16位的資料寬度，程式設計電壓為單3.3V。主要的生產廠商為INTEL、ATMEL、AMD、HYUNDAI等。Flash 技術根據不同的應用場合也分為不同的發展方向，有擅長儲存程式碼的NOR Flash和擅長儲存資料的NAND Flash。一下對NOR Flash和NAND Flash的技術分別作了相應的介紹。
一．NOR Flash
1. 市場介紹
隨著技術的發展，愈來愈多的電子產品需要更多的智慧化，這也對這些產品的程式儲存提出了更高的要求。Flash 作為一種低成本、高整合度的儲存技術在電子產品領域的應用非常廣泛。今天90%的PC、超過90%的手機、超過50%的Modem，都是用了Flash，如今Flash市場規模已經超過了100億美元。
如此巨大的市場規模，也導致市場上的Flash 品牌層出不窮。在NOR Flash市場中，Intel公司是非常重要的一家生產廠商。Intel公司生產的Flash晶片多年來佔據著市場的很大份額，而它的晶片封裝形式和介面也成為業界標準，從而為不同品牌的Flash帶來了相容的方便。
2. NOR Flash 的硬體設計和除錯
首先，Flash 要通過系統匯流排接在處理器上，即保持一個高速的資料交換的通道。那麼就必須瞭解一下Flash在系統總線上的基本操作。
1） 先了解一下處理器儲存空間BANK的概念。以32位處理器S3C2410為例，理論上可以定址的空間為4GB，但其中有3GB的空間都預留給處理器內部的暫存器和其他裝置了，留給外部可定址的空間只有1GB，也就是0X00000000~0X3fffffff，總共應該有30根地址線。這1GB的空間，2410處理器又根據所支援的裝置的特點將它分為了8份，每份空間有128MB，這每一份的空間又稱為一個BANK。為方便操作，2410獨立地給了每個BANK一個片選訊號（nGCS7~nGCS0）。其實這8個片選訊號可以看作是2410處理器內部30根地址線的最高三位所做的地址譯碼的結果。正因為這3根地址線所代表的地址資訊已經由8個片選訊號來傳遞了，因此2410處理器最後輸出的實際地址線就只有A26~A0（如下圖1）
圖1 2410記憶體BANK示意圖
2）以圖2(帶nWAIT訊號)為例，描述一下處理器的匯流排的讀操作過程，來說明Flash整體讀、寫的流程。第一個時鐘週期開始，系統地址匯流排給出需要訪問的儲存空間地址，經過Tacs時間後，片選訊號也相應給出（鎖存當前地址線上地址資訊），再經過Tcso時間後，處理器給出當前操作是讀（nOE為低）還是寫（new為低），並在Tacc時間內將資料資料準備好放之總線上，Tacc時間後（並檢視nWAIT訊號，為低則延長本次匯流排操作），nOE 拉高，鎖存資料線資料。這樣一個匯流排操作就基本完成
圖2 帶nWAIT 訊號的匯流排讀操作
3）NOR Flash的介面設計（現代的29LV160晶片）
29LV160儲存容量為8M位元組，工作電壓為3.3V，採用56腳TSOP封裝或48腳FBGA封裝，16位資料寬度。29LV160僅需單3.3V電壓即可完成在系統的程式設計與擦除操作，通過對其內部的命令暫存器寫入標準的命令序列，可對Flash進行程式設計（燒寫）、整片擦除、按扇區擦除以及其他操作。引腳訊號描述和介面電路分別如圖3和圖4所示。
圖3 29LV160引腳訊號描述
圖4 FLASH（29LV160）介面電路
可以從訊號引腳圖3和匯流排操作圖2看出，NOR Flash的介面和系統匯流排介面完全匹配，可以很容易地接到系統總線上。
3. NOR Flash的軟體設計
Flash 的命令很多，但常用到的命令就3種：識別、擦除、程式設計命令。以下就對3種命令作分別的簡要介紹：
1） NOR Flash的識別
29lv160_CheckId()
{
U8 tmp;
U16 manId,devId;
int i;
_RESET();
_WR(0x555,0xaa);
_WR(0x2aa,0x55);
_WR(0x555,0x90);
manId=_RD(0x0);
devId=_RD(0x1);
_RESET();
printf("Manufacture ID(0x22C4)=%4x, Device ID(0x2249)=%4x\n",manId,devId);
if(manId == 0x22C4 && devId == 0x2249)
return 1;
else
return 0;
}
NOR Flash 的識別程式由四個讀寫週期就可以完成，在Flash的相關命令表中可以查到相應ID識別的命令。
2） NOR Flash的擦除
要對NOR Flash進行寫操作，就一定要先進性擦除操作。NOR Flash 的擦除都是以塊（sector）為單位進行的，但是每一種型號的Flash的sector的大小不同，即使在同一片的Flash內，，不同sector的大小也是不完全一樣的。
void 29lv160db_EraseSector(int targetAddr)
{
printf("Sector Erase is started!\n");
_RESET();
_WR(0x555,0xaa);
_WR(0x2aa,0x55);
_WR(0x555,0x80);
_WR(0x555,0xaa);
_WR(0x2aa,0x55);
_WR(BADDR2WADDR(targetAddr),0x30);
return _WAIT(BADDR2WADDR(targetAddr);
}
圖5 Erase Operation
/**************
如上圖5所示，擦除操作時還要有一個關鍵的操作擦除查詢演算法，即等待Flash擦除的過程，並返回擦除是否成功的結果。演算法如右圖6所示
****************/
Int _WAIT(void)
{
unsigned int state，flashStatus，old;
old=_RD(BADDR2WADDR(0x0));
while(1)
{
flashStatus=_RD(BADDR2WADDR(0x0));
if( (old&0x40) == (flashStatus&0x40) )
break;
if( flashStatus&0x20 )
{
//printf("[DQ5=1:%x]\n",flashStatus);
old=_RD(BADDR2WADDR(0x0));
flashStatus=_RD(BADDR2WADDR(0x0));
if( (old&0x40) == (flashStatus&0x40) )
return 0;
else return 1;
}
//printf(".");
old=flashStatus;
} //printf("!\n");
return 1;
}
圖6 Toggle Bit Algorithm
以上的方法為查詢資料線上的一個特定位Toggle位。此外還有2種檢測方法，一種為提供額外的Busy訊號，處理器通過不斷查詢Busy訊號來得知Flash的擦除操作是否完成，一般較少應用；一種為查詢Polling位。
3） NOR Flash 的程式設計操作
int 29lv160db_ProgFlash(U32 realAddr,U16 data)
{
_WR(0x555,0xaa);
_WR(0x2aa,0x55);
_WR(0x555,0xa0);
_WR(BADDR2WADDR(realAddr),data);
return _WAIT(BADDR2WADDR(realAddr);
}
對擦除過的Flash進行程式設計比較簡單，但仍然用到以上提到的查詢演算法，速度比較慢，一般為20uS，最長的達到500uS 。
二．NAND FLASH
NAND FLASH 在對大容量的資料儲存需要中日益發展，到現今，所有的數碼相機、多數ＭＰ３播放器、各種型別的Ｕ盤、很多PDA裡面都有NAND FLASH的身影。
1. Flash的簡介
NOR Flash：
u 程式和資料可存放在同一片晶片上，擁有獨立的資料匯流排和地址匯流排，能快速隨機地讀取，允許系統直接從Flash中讀取程式碼執行，而無需先將程式碼下載至ＲＡＭ中再執行
u 可以單位元組或單字程式設計，但不能單位元組擦除，必須以塊為單位或對整片執行擦除操作，在對儲存器進行程式設計之前需要對塊或整片進行預程式設計和擦除操作。
NAND FLASH
u 以頁為單位進行讀寫操作，1頁為256B或512B；以塊為單位進行擦除操作，1塊為4KB、8KB或16KB。具有快程式設計和快擦除的功能
u 資料、地址採用同一匯流排，實現序列讀取。隨機讀取速度慢且不能按位元組隨機程式設計
u 晶片尺寸小，引腳少，是位成本（bit cost）最低的固態儲存器
u 晶片儲存位錯誤率較高，推薦使用 ECC校驗，幷包含有冗餘塊，其數目大概佔1%，當某個儲存塊發生錯誤後可以進行標註，並以冗餘塊代替
u Samsung、TOSHIBA和Fujistu三家公司支援採用NAND技術NAND Flash。目前，Samsung公司推出的最大儲存容量可達8Gbit。NAND 主要作為SmartMedia卡、Compact Flash卡、PCMCIA ATA卡、固態盤的儲存介質，並正成為Flash磁碟技術的核心。
2. NAND FLASH 和NOR FLASH 的比較
1) 效能比較
flash快閃記憶體是非易失儲存器，可以對稱為塊的儲存器單元塊進行擦寫和再程式設計。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內進行，所以大多數情況下，在進行寫入操作之前必須先執行擦除。NAND器件執行擦除操作是十分簡單的，而NOR則要求在進行擦除前先要將目標塊內所有的位都寫為0。
由於擦除NOR器件時是以64～128KB的塊進行的，執行一個寫入/擦除操作的時間為5s，與此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的塊進行的，執行相同的操作最多隻需要4ms。
執行擦除時塊尺寸的不同進一步拉大了NOR和NADN之間的效能差距，統計表明，對於給定的一套寫入操作(尤其是更新小檔案時)，更多的擦除操作必須在基於NOR的單元中進行。這樣，當選擇儲存解決方案時，設計師必須權衡以下的各項因素。
● NOR的讀速度比NAND稍快一些。
● NAND的寫入速度比NOR快很多。
● NAND的4ms擦除速度遠比NOR的5s快。
● 大多數寫入操作需要先進行擦除操作。
● NAND的擦除單元更小，相應的擦除電路更少。
2) 介面差別
NOR flash帶有SRAM介面，有足夠的地址引腳來定址，可以很容易地存取其內部的每一個位元組。
NAND器件使用複雜的I/O口來序列地存取資料，共用8位匯流排（各個產品或廠商的方法可能各不相同）。8個引腳用來傳送控制、地址和資料資訊。NAND讀和寫操作採用512位元組的頁和32KB的塊為單位，這一點有點像硬碟管理此類操作，很自然地，基於NAND的儲存器就可以取代硬碟或其他塊裝置。
3) 容量和成本
NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半，由於生產過程更為簡單，NAND結構可以在給定的模具尺寸內提供更高的容量，也就相應地降低了價格，大概只有NOR的十分之一。
NOR flash佔據了容量為1～16MB快閃記憶體市場的大部分，而NAND flash只是用在8～128MB的產品當中，這也說明NOR主要應用在程式碼儲存介質中，NAND適合於資料儲存，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC儲存卡市場上所佔份額最大。
4) 可靠性和耐用性
採用flahs介質時一個需要重點考慮的問題是可靠性。對於需要擴充套件MTBF的系統來說，Flash是非常合適的儲存方案。可以從壽命(耐用性)、位交換和壞塊處理三個方面來比較NOR和NAND的可靠性。
在NAND快閃記憶體中每個塊的最大擦寫次數是一百萬次，而NOR的擦寫次數是十萬次。NAND儲存器除了具有10比1的塊擦除週期優勢，典型的NAND塊尺寸要比NOR器件小8倍，每個NAND儲存器塊在給定的時間內的刪除次數要少一些。
5) 位交換（錯誤率）
所有flash器件都受位交換現象的困擾。在某些情況下(很少見，NAND發生的次數要比NOR多)，一個位元位會發生反轉或被報告反轉了。一位的變化可能不很明顯，但是如果發生在一個關鍵檔案上，這個小小的故障可能導致系統停機。如果只是報告有問題，多讀幾次就可能解決了。當然，如果這個位真的改變了，就必須採用錯誤探測/錯誤更正(EDC/ECC)演算法。位反轉的問題更多見於NAND快閃記憶體，NAND的供應商建議使用NAND快閃記憶體的時候，同時使用EDC/ECC演算法。
這個問題對於用NAND儲存多媒體資訊時倒不是致命的。當然，如果用本地儲存裝置來儲存作業系統、配置檔案或其他敏感資訊時，必須使用EDC/ECC系統以確保可靠性。
6) 壞塊處理
NAND器件中的壞塊是隨機分佈的。以前也曾有過消除壞塊的努力，但發現成品率太低，代價太高，根本不划算。NAND器件需要對介質進行初始化掃描以發現壞塊，並將壞塊標記為不可用。現在的FLSAH一般都提供冗餘塊來代替壞塊如發現某個塊的資料發生錯誤（ECC校驗），則將該塊標註成壞塊，並以冗餘塊代替。這導致了在NAND Flash 中，一般都需要對壞塊進行編號管理，讓每一個塊都有自己的邏輯地址。
7) 易於使用
可以非常直接地使用基於NOR的快閃記憶體，可以像其他儲存器那樣連線，並可以在上面直接執行程式碼。由於需要I/O介面，NAND要複雜得多。各種NAND器件的存取方法因廠家而異。在使用NAND器件時，必須先寫入驅動程式，才能繼續執行其他操作。向NAND器件寫入資訊需要相當的技巧，因為設計師絕不能向壞塊寫入，這就意味著在NAND器件上自始至終都必須進行虛擬對映。
8) 軟體支援
當討論軟體支援的時候，應該區別基本的讀/寫/擦操作和高一級的用於磁碟模擬和快閃記憶體管理演算法的軟體，包括效能優化。在NOR器件上執行程式碼不需要任何的軟體支援，在NAND器件上進行同樣操作時，通常需要驅動程式，也就是記憶體技術驅動程式(MTD)，NAND和NOR器件在進行寫入和擦除操作時都需要MTD。使用NOR器件時所需要的MTD要相對少一些，許多廠商都提供用於NOR器件的更高階軟體，這其中包括M-System的TrueFFS驅動，該驅動被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等廠商所採用。驅動還用於對DiskOnChip產品進行模擬和NAND快閃記憶體的管理，包括糾錯、壞塊處理和損耗平衡。
在掌上電腦裡要使用NAND FLASH 儲存資料和程式，但是必須有NOR FLASH來啟動。除了SAMSUNG處理器，其他用在掌上電腦的主流處理器還不支援直接由NAND FLASH 啟動程式。因此，必須先用一片小的NOR FLASH 啟動機器，在把OS等軟體從NAND FLASH 載入SDRAM中執行才行。
9) 主要供應商
NOR FLASH的主要供應商是INTEL ,MICRO等廠商，曾經是FLASH的主流產品，但現在被NANDFLASH擠的比較難受。它的優點是可以直接從FLASH中執行程式，但是工藝複雜，價格比較貴。
NAND FLASH的主要供應商是SAMSUNG和東芝，在U盤、各種儲存卡、MP3播放器裡面的都是這種FLASH，由於工藝上的不同，它比NORFLASH擁有更大儲存容量，而且便宜。但也有缺點，就是無法定址直接執行程式，只能儲存資料。另外NAND FLASH非常容易出現壞區，所以需要有校驗的演算法。
3．NAND Flash的硬體設計
NAND FLASH是採用與非門結構技術的非易失儲存器，有8位和16位兩種組織形式，下面以8位的NAND FLASH進行討論。
1) 介面訊號
與NOR Flash相比較，其資料線寬度只有8bit，沒有地址匯流排，I/O介面可用於控制命令和地址的輸入，也可用於資料的輸入和輸出，多了CLE和ALE來區分總線上的資料類別。
|
訊號 |
型別 |
描述 |
|
CLE |
O |
命令鎖存使能 |
|
ALE |
O |
地址鎖存使能 |
|
nFCE |
O |
NAND Flash片選 |
|
NFRE |
O |
NAND Flash讀使能 |
|
nFWE |
O |
NAND Flash寫使能 |
|
NCON |
I |
NAND Flash配置 |
|
R/nB |
I |
NAND Flash Ready/Busy |
2) 地址結構
NAND FLASH主要以頁（page）為單位進行讀寫，以塊(block)為單位進行擦除。FLASH頁的大小和塊的大小因不同型別塊結構而不同，塊結構有兩種：小塊（圖7）和大塊（圖8），小塊NAND FLASH包含32個頁，每頁512+16位元組；大塊NAND FLASH包含64頁，每頁2048+64位元組。
圖7 小塊型別NAND FLASH
圖8 大塊型別NAND FLASH
其中，512B（或1024B）用於存放資料，16B（64B）用於存放其他資訊（包括：塊好壞的標記、塊的邏輯地址、頁內資料的ECC校驗和等）。NAND裝置的隨機讀取得效率很低，一般以頁為單位進行讀操作。系統在每次讀一頁後會計算其校驗和，並和儲存在頁內的冗餘的16B內的校驗和做比較，以此來判斷讀出的資料是否正確。
大塊和小塊NAND FLASH都有與頁大小相同的頁暫存器，用於資料快取。當讀資料時，先從NAND FLASH記憶體單元把資料讀到頁暫存器，外部通過訪問NAND FLASH I/O埠獲得頁暫存器中資料（地址自動累加）；當寫資料時，外部通過NAND FLASH I/O埠輸入的資料首先快取在頁暫存器，寫命令發出後才寫入到記憶體單元中。
3) 介面電路設計（以下以2410和K9F1208U為例）
2410處理器擁有專門針對 NAND裝置的介面，可以很方便地和NAND裝置對接，如圖9所示。雖然NAND裝置的介面比較簡單，容易接到系統總線上，但2410處理器針對NAND裝置還集成了硬體ECC校驗，這將大大提高NAND裝置的讀寫效率。當沒有處理器的ECC支援時，就需要由軟體來完成ECC校驗，這將消耗大量的CPU資源，使讀寫速度下降。
圖9 S3C2410與NAND FLASH介面電路示意圖
3．NAND FLASH 的軟體編寫和除錯
NAND裝置的軟體除錯一般分為以下幾個步驟：設定相關暫存器、NAND 裝置的初始化、NAND裝置的識別、NAND裝置的讀擦寫（帶ECC校驗 ）
NAND裝置的操作都是需要通過命令來完成，不同廠家的命令稍有不同，以下一Samsung公司的K9F1208U0M命令表為例介紹NAND裝置的軟體編寫。
表2 K9F1208U0M Command Sets
1) 根據2410暫存器定義如下的命令巨集
#define NF_CMD(cmd) {rNFCMD=cmd;}
#define NF_ADDR(addr) {rNFADDR=addr;}
#define NF_nFCE_L() {rNFCONF&=~(1<<11);}
#define NF_nFCE_H() {rNFCONF|=(1<<11);}
#define NF_RSTECC() {rNFCONF|=(1<<12);}
#define NF_RDDATA() (rNFDATA)
#define NF_WRDATA(data) {rNFDATA=data;}
#define NF_WAITRB() {while(!(rNFSTAT&(1<<0)));}
//wait tWB and check F_RNB pin.
2) NAND 裝置的初始化
static void NF_Init(void) //Flash 初始化
{
rNFCONF=(1<<15)|(1<<14)|(1<<13)|(1<<12)|(1<<11)|(TACLS<<8)|(TWRPH0<<4)|(TWRPH1<<0); //設定NAND裝置的相關暫存器
// 1 1 1 1, 1 xxx, r xxx, r xxx
// En 512B 4step ECCR nFCE="H" tACLS tWRPH0 tWRPH1
NF_Reset();
}
static void NF_Reset(void) //Flash重置
{
int i;
NF_nFCE_L();
NF_CMD(0xFF); //reset command
for(i=0;i<10;i++); //tWB = 100ns
NF_WAITRB(); //wait 200~500us;
NF_nFCE_H();
}
3) NAND裝置的識別 //#define ID_K9F1208U0M 0xec76
static U16 NF_CheckId(void) //Id 辨別
{
int i;
U16 id;
NF_nFCE_L();
NF_CMD(0x90);
NF_ADDR(0x0);
for(i=0;i<10;i++); //wait tWB(100ns)
id=NF_RDDATA()<<8; // Maker code(K9F1208U:0xec)
id|=NF_RDDATA(); // Devide code(K9F1208U:0x76)
NF_nFCE_H();
return id;
}
4) NAND 的擦操作
static int NF_EraseBlock(U32 block)
{
U32 blockPage=(block<<5);
int i;
NF_nFCE_L();
NF_CMD([q1] ); // Erase one block 1st command
NF_ADDR(blockPage&0xff); // Page number="0"
NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff);
NF_ADDR((blockPage>>16)&0xff);
NF_CMD([q2] ); // Erase one blcok 2nd command
for(i=0;i<10;i++); //wait tWB(100ns)//??????
NF_WAITRB(); // Wait tBERS max 3ms.
NF_CMD(0x70); // Read status command
if (NF_RDDATA()&0x1) // Erase error
{
NF_nFCE_H();
Uart_Printf("[ERASE_ERROR:block#=%d]\n",block);
return 0;
}
else
{
NF_nFCE_H();
return 1;
}
}
5) NAND 的讀操作
static int NF_ReadPage(U32 block,U32 page,U8 *buffer) //讀Flash
{
int i;
unsigned int blockPage;
U8 ecc0,ecc1,ecc2;
U8 *bufPt=buffer;
U8 se[16];
page=page&0x1f; //32頁
blockPage=(block<<5)+page; //1Bolck包含32頁
NF_RSTECC(); // Initialize ECC
NF_nFCE_L();
NF_CMD(0x00); // Read command
NF_ADDR(0); // Column = 0
NF_ADDR(blockPage&0xff); //
NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff); // Block & Page num.
NF_ADDR((blockPage>>16)&0xff); //
for(i=0;i<10;i++); //wait tWB(100ns)
NF_WAITRB(); // Wait tR(max 12us)
for(i=0;i<512;i++)
{
*bufPt++=NF_RDDATA(); // Read one page
}
/************************ECC校驗***************************/
[q3] for(i=0;i<16;i++)
{
se[i]=NF_RDDATA(); // Read spare array
//讀頁內冗餘的16B
}
NF_nFCE_H();
if(ecc0==se[0] && ecc1==se[1] && ecc2==se[2]) //未知使用哪一種軟體規範？
{ //比較資料結果是否正確
Uart_Printf("[ECC OK:%x,%x,%x]\n",se[0],se[1],se[2]);
return 1;
}
else
{
Uart_Printf("[ECC ERROR(RD):read:%x,%x,%x, reg:%x,%x,%x]\n",
se[0],se[1],se[2],ecc0,ecc1,ecc2);
return 0;
}
}
6) NAND 的寫操作
static int NF_WritePage(U32 block,U32 page,U8 *buffer) //寫Flash
{
int i;
U32 blockPage=(block<<5)+page;
U8 *bufPt=buffer;
NF_RSTECC(); // Initialize ECC
NF_nFCE_L();
NF_CMD([q4] ); //?????\\Read Mode 1
NF_CMD(0x80); // Write 1st command,資料輸入
NF_ADDR(0); // Column 0
NF_ADDR(blockPage&0xff);
NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff); // Block & page num.
NF_ADDR((blockPage>>16)&0xff);
for(i=0;i<512;i++)
{
NF_WRDATA(*bufPt++); // Write one page to NFM from buffer
}
NF_CMD(0x10); // Write 2nd command
for(i=0;i<10;i++); //tWB = 100ns. ////??????
NF_WAITRB(); //wait tPROG 200~500us;
NF_CMD(0x70); // Read status command
for(i=0;i<3;i++); //twhr=60ns
if (NF_RDDATA()&0x1) // Page write error
{
NF_nFCE_H();
Uart_Printf("[PROGRAM_ERROR:block#=%d]\n",block);
return 0;
}
else
{
NF_nFCE_H();
#if (WRITEVERIFY==1)
//return NF_VerifyPage(block,page,pPage);
#else
return 1;
#endif
}
}
te=mailto:qing dateTime=2007-04-05T10:24<
以下討論一下NAND 裝置上所支援的檔案系統，大概現在有以下幾種：
A. JFFS2（沒有壞塊處理，支援大容量儲存的時候需要消耗大量的記憶體，大量的隨機訪問降低了NAND裝置的讀取效率）和YAFFS（速度快，但不支援檔案的壓縮和解壓）
B. 支援DiskOnChip裝置的TRUEFFS（True Flash File System）. TRUEFFS是M-Systems公司為其產品DiskOnChip開發的檔案系統，其規範並不開放。
C. 由SSFDC（Solid State Floppy Disk Card）論壇定義的支援SM卡的DOS-FAT。SM卡的DOS-FAT檔案系統是由SSFDC論壇定義的，但它必須用在標準的塊裝置上。
對於大量用在各類儲存卡上的NAND 裝置而言，他們幾乎都採用FAT檔案系統，而在嵌入式作業系統下，還沒有驅動程式可以直接讓NAND裝置採用檔案系統，就技術角度來說，FAT檔案系統不是很適合NAND裝置，因為FAT檔案系統的檔案分割槽表需要不斷地擦寫，而NAND裝置的只能有限次的擦寫。
在上面已經很明顯的提到，NAND裝置存在壞塊，為和上層檔案系統介面，NAND裝置的驅動程式必須給檔案系統提供一個可靠的儲存空間，這就需要ECC（Error Corection Code）校驗，壞塊標註、地址對映等一系列的技術手段來達到可靠儲存目的。
SSFDC軟體規範中，詳細定義瞭如何利用NAND裝置每個頁中的冗餘資訊來實現上述功能。這個軟體規範中，很重要的一個概念就是塊的邏輯地址，它將在物理上可能不連續、不可靠的空間分配編號，為他們在邏輯空間上給系統檔案提供一個連續可靠的儲存空間。
表3給出了SSFDC規範中邏輯地址的標註方法。在系統初始化的時候，驅動程式先將所有的塊掃描一遍，讀出他們所對應的邏輯地址，並把邏輯地址和虛擬地址的對映表建好。系統執行時，驅動程式通過查詢對映表，找到需要訪問的邏輯地址所對應的實體地址然後進行資料讀寫。
表3 冗餘位元組定義
|
位元組序號 |
內容 |
位元組序號 |
內容 |
|
512 |
使用者定義資料 |
520 |
後256BECC校驗和 |
|
513 |
521 |
||
|
514 |
522 |
||
|
515 |
523 |
塊邏輯地址 |
|
|
516 |
資料狀態 |
524 |
|
|
517 |
塊狀態 |
525 |
前256BECC校驗和 |
|
518 |
塊邏輯地址1 |
526 |
|
|
519 |
527 |
表4給出了塊邏輯地址的存放格式，LA表示邏輯地址，P代表偶校驗位。邏輯地址只有10bit，代表只有1024bit的定址空間。而SSFDC規範將NAND裝置分成了多個zone，每個zone 內有1024塊，但這物理上的1024塊對映到邏輯空間只有1000塊，其他的24塊就作為備份使用，當有壞塊存在時，就可以以備份塊將其替換。
表4 邏輯地址格式
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D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
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0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
LA9 |
LA8 |
LA7 |
第518 523位元組 |
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LA6 |
LA5 |
LA4 |
LA3 |
LA2 |
LA1 |
LA0 |
P |
第519 524位元組 |
有了以上的軟體規範，就可以對NAND裝置寫出較標準的ECC校驗，並可以編寫檢測壞塊、標記壞塊、建立實體地址和邏輯地址的對映表的程式了。
static int NF_IsBadBlock(U32 block) //檢測壞塊
{
int i;
unsigned int blockPage;
U8 data;
blockPage=(block<<5); // For 2'nd cycle I/O[7:5]
NF_nFCE_L();
NF_CMD(0x50); // Spare array read command
NF_ADDR(blockPage&0xff); // The mark of bad block is in 0 page
NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff); // For block number A[24:17]
NF_ADDR((blockPage>>16)&0xff); // For block number A[25]
for(i=0;i<10;i++); // wait tWB(100ns) //?????
NF_WAITRB(); // Wait tR(max 12us)
data=NF_RDDATA();
NF_nFCE_H();
if(data!=0xff)
{
Uart_Printf("[block %d has been marked as a bad block(%x)]\n",block,data);
return 1;
}
else
{
return 0;
}
}
static int NF_MarkBadBlock(U32 block) //標記壞塊
{
int i;
U32 blockPage=(block<<5);
seBuf[0]=0xff;
seBuf[1]=0xff;
seBuf[2]=0xff;
NF_nFCE_L();
NF_CMD(0x50); //????
NF_CMD(0x80); // Write 1st command
NF_ADDR(0x0); // The mark of bad block is
NF_ADDR(blockPage&0xff); // marked 5th spare array
NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff); // in the 1st page.
NF_ADDR((blockPage>>16)&0xff);
for(i=0;i<16;i++)
{
NF_WRDATA(seBuf[i]); // Write spare array
}
NF_CMD(0x10); // Write 2nd command
for(i=0;i<10;i++); //tWB = 100ns. ///???????
NF_WAITRB(); // Wait tPROG(200~500us)
NF_CMD(0x70);
for(i=0;i<3;i++); //twhr=60ns////??????
if (NF_RDDATA()&0x1) // Spare arrray write error
{
NF_nFCE_H();
Uart_Printf("[Program error is occurred but ignored]\n");
}
else
{
NF_nFCE_H();
}
Uart_Printf("[block #%d is marked as a bad block]\n",block);
return 1;
}
int search_logic_block(void) //建立實體地址到邏
//輯地址的對映表
{
unsigned int block,i,blockPage,logic_no,zone,zone_i;
U8 SE[16];
for(i=0;i<BLOCK_NR;i++) //初始化全域性變數
lg2ph[i]=space_block[i]=0xffff;
logic_number=0;
space_nr=0;
NF_nFCE_L();
zone=BLOCK_NR/1024; //確定NAND裝置中zone
//的個數
for(zone_i=0;zone_i<zone;zone_i++)
{
//搜尋每個zone 內邏輯地址和實體地址的對映關係
for(block=0;block<1024;block++)
{
blockPage=((block+zone_i*1024)<<BLOCK_ADDRERSS_SHIFT);
NF_WATIRB(); //等待R/B#訊號有效
NF_CMD(0x50); // 讀取每個block內部第
//0個Page內冗餘的16個位元組
NF_ADDR(0); // Column 0
NF_ADDR(blockPage&0xff);
NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff); // Block & page num.
NF_ADDR((blockPage>>16)&0xff);
NF_WATIRB(); //等待R/B#訊號有效
for(i=0;i<16;i++) se[i]=NF_RDDATA(); // Write spare array
NF_WATIRB();
if([q8] //檢測是否存在壞塊
printk("\n\rphysic block %d is bad block\n\r",block);
else if([q9] )
printk("block address1:%d!=block address2 %d\n\r",se[7],se[12]);
else if(([q10] &0xf8)==0x10)
{
//計算該block對應的邏輯地址
logic_no=((0x7&se[6])<<7)+(se[7]>>1)+zone_i*1000;
if(lg2ph[logic_no]!=0xffff) //說明有2個block擁有相
//同的邏輯地址
printk("physical block %d and block %d have the same logic number %d\n",lg2ph[logic_no],block,logic_no);
else lg2ph[logic_no]=block; //將該block的邏輯地址
//關係記入lg2ph表
logic_number++;
}
else if(se[7]==0xff) //說明該block尚未編號
{space_block[space_nr]=block;
space_nr++;
}
}
}
printk("there are totally %d logic blocks\n\r",logic_number);
NF_nFCE_H();
return logic_number;
}
這段程式碼的主要作用就是產生陣列lg2ph[],這個陣列的含義就是“塊實體地址=lg2ph[邏輯地址]”。