隨著電子產(chǎn)品市場的不斷擴大,,閃存器無疑將獲得極大的增長,。這種增長在很大程度上取決于存儲器的非易失性、低功耗,、高密度和重量輕等特點,。多項優(yōu)點集于一身使得閃存器在移動電子和嵌入式領(lǐng)域中得到了極大的應用。而nand-Flash價格便宜量又足,,性價比也很高,,且十分輕便,抗震性也很不錯,,很適合用來做數(shù)碼產(chǎn)品,,現(xiàn)在的單片nandFlash芯片的存儲容量已經(jīng)可以做到4 GB,。很難想像,在一個大小只有12×20×1.2mm的芯片里可以做到如此的容量,。然而,,由于Flash管腳多、體積小,、一但使用后拆卸很不方便,,因此,開發(fā)在線燒錄系統(tǒng)也就成為嵌入式開發(fā)領(lǐng)域不可缺少的一步,。
1 NandFlash簡介
NOR和NAND是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù),。Intel于1988年首先開發(fā)出NOR flash技術(shù),徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統(tǒng)天下的局面,。緊接著,,1989年,東芝公司發(fā)表了NAND flash結(jié)構(gòu),,該結(jié)構(gòu)強調(diào)降低每比特的成本和提供更高的性能,,且可象磁盤一樣通過接口輕松升級。NandFlash作為高數(shù)據(jù)存儲密度的理想解決方案,,可以達到高存儲密度,,并且寫入和擦除的速度也很快。而其應用NAND的困難在于flash的管理問題和需要特殊的系統(tǒng)接口,,Nand-Flash器件使用復雜的I/O口來串行存取數(shù)據(jù),,各個產(chǎn)品或廠商的方法可能各不相同。它用8個引腳來傳送控制,、地址和數(shù)據(jù)信息,。NandFlash的讀、寫操作采用512字節(jié)的塊,,這有點像硬盤管理的此類操作,。這樣,基于NandFlash的存儲器就很自然地可以取代硬盤或其他塊設(shè)備,,因為它也可以對稱為塊的存儲器單元塊進行擦寫和再編程,。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進行,所以,,在大多數(shù)情況下,,在進行寫入操作之前必須先執(zhí)行擦除(在NandFlash閃存中每個塊的最大擦寫次數(shù)是一百萬次)??偠灾?,現(xiàn)在市面上常見的優(yōu)盤、MP3和MP4等數(shù)碼設(shè)備的存儲系統(tǒng)都是采用NandFlash存儲芯片來實現(xiàn)的,。
2 在線燒錄系統(tǒng)構(gòu)架
本文介紹的整個燒錄系統(tǒng)由三部分組成,,其中PC端通過PCI總線提供待燒錄數(shù)據(jù)并負責控制PNX1051 DSP,,而DSP則負責解析,以將上端PC傳送的命令和數(shù)據(jù)通過控制GPIO管腳來控制NandFlash的通信時序以及燒錄的實現(xiàn),。圖1所示是該燒錄系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,。
PNX1501是飛利浦公司推出的一款音視頻處理芯片,該芯片的工作主頻為300 MHz,,并帶有豐富的通信接口,,可支持DDR、SDRAM,、Nand-Flash,、NorFlash和IDE等,此外,,它還有30多個GPIO腳可以作為普通IO對外圍芯片進行控制,。本系統(tǒng)只用于實現(xiàn)對NandFlash裸片的燒寫,因而不使用其自帶NandFlash接口,,而采用GPIO直接控制,,這樣在時序和邏輯上更加靈活。DSP與計算機之間的通信通過PCI總線實現(xiàn),,此外,,DSP外擴有32MB DDR,該NandFlash用GPIO0~GPIO7作為數(shù)據(jù)口,,GPIO8~GPIO12作為控制信號腳,。對于市場上的專用燒錄器件而言,其燒錄速度的瓶頸在于數(shù)據(jù)傳輸,。目前,,大多數(shù)燒錄器的數(shù)據(jù)傳輸速度都很低且自身緩存很小。燒錄過程中需要與PC頻繁進行數(shù)據(jù)通信,,故在燒錄比較大的文件系統(tǒng)時,需要花費很長的時間,,而且操作極為復雜,,更主要的是不能在線燒寫,一但制成成品而需要更新時,,就必須將Flash芯片拆卸下來,,而對于本系統(tǒng)而言,PCI的傳輸帶寬可以達到133 MB/s,,即使是很大的文件系統(tǒng),,也能很快傳輸完畢,此外,,由于是在線燒錄,,不需要對Flash進行拆卸,,因此,對于產(chǎn)品的更新極為方便,。本系統(tǒng)中選用的HY27US08121M NandFlash為三星公司生產(chǎn)的一款64MB Flash,,該器件的塊擦除時間為2ms,頁寫入時間為0.5 ms,,可以實現(xiàn)高速讀寫,。
3 系統(tǒng)軟件
目前市場上Flash的存儲空間均以塊為單位進行管理,每一塊大小為32頁,,每頁包含512字節(jié)的有效數(shù)據(jù)空間和16字節(jié)的Spare空間,,其中有效數(shù)據(jù)用來存放實際數(shù)據(jù),Spare區(qū)間則用來存放有效數(shù)據(jù)的附加描述信息(ECC,,壞塊信息,、索引編號等等)。不同的文件系統(tǒng)有各自不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),,其中最主要的兩部分為ECC和壞塊信息,。壞塊信息通常用該塊的第0頁或第1頁的Spare區(qū)第6字節(jié)表示(0xFF為有效,其余為無效),,ECC則是對全部有效數(shù)據(jù)進行一系列的異或校驗后得出的校驗值,,通常為3字節(jié)(512字節(jié)校驗)或6字節(jié)(256字節(jié)校驗)。由于制造工藝的原因,,Nand-Flash在生產(chǎn)過程中可能會產(chǎn)生壞塊,,而對于壞塊而言,存儲信息就可能會丟失,,因而不能使用,。每塊Flash在出廠時已經(jīng)把原始的壞塊信息寫入每塊的第0頁和第1頁的Spare區(qū),在擦除時一定要先檢查是否為壞塊,,否則就會把壞塊信息一并擦除(再也無法恢復),。此外,為了保證存儲信息的可靠性,,在從NandFlash中讀取數(shù)據(jù)時還可以引入ECC校驗,,并對讀取的每頁512字節(jié)數(shù)據(jù)計算新的ECC,同時和該頁Spare區(qū)存儲的ECC進行比較,,這樣,,可以糾正1 Bit位翻轉(zhuǎn),或檢測2 Bit以上的翻轉(zhuǎn),。
本系統(tǒng)中的燒錄文件按照飛利浦的協(xié)議采用6字節(jié)的ECC,,由于NandFlash以塊和頁來管理數(shù)據(jù),因此,對于PC端,,首先應將數(shù)據(jù)按照Nand-Flash結(jié)構(gòu)進行映射,,其代碼如下:
之后便可將燒錄文件數(shù)據(jù)填入DataBuf中,每填完512字節(jié)后計算ECC和其它Spare區(qū)間內(nèi)容,,填滿32頁就可開辟新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并掛入鏈表中,。
PC和DSP通信是該系統(tǒng)的關(guān)鍵。設(shè)計時可以采用消息方式,,也可以在接收端DSP的外掛DDR中開辟一段共享區(qū)問,,然后由PC直接將數(shù)據(jù)寫入,再發(fā)送命令進行燒錄,。本系統(tǒng)采用第二種方式,。對于飛利浦公司的DSP而言,該DSP在驅(qū)動中已經(jīng)將其全部DDR空間映射到PC的物理空間了,,因而可直接在驅(qū)動SDK中增加簡單接口函數(shù),,以將有DSP開辟的共享區(qū)間的地址通過消息方式傳送給PC,這樣,,PC就能直接對該區(qū)問進行讀寫了,。該操作的具體代碼如下:
這樣,當DSP接到PC發(fā)送的燒錄命令時,,系統(tǒng)便可讀取共享緩沖區(qū)的內(nèi)容并開始燒錄Flash,。其具體的流程如圖2所示,部分函數(shù)源碼如下:
設(shè)計時的具體時序可參照芯片資料所提供的時序電路來控制MMIO寄存器以實現(xiàn)GPIO的控制,,在此不再贅述,。需要注意的是,NandFlash在燒錄或擦除過程中,,可能會失敗并產(chǎn)生壞塊,。對于壞塊的處理。不同系統(tǒng)有不同的方法,,主要有直接Skip(跳過)和Reserved Block Area (使用保留塊)等,,本系統(tǒng)使用前一種方式。此外,,為了可靠起見,,在時間允許的情況下還應對燒錄成功的塊數(shù)據(jù)進行ECC校驗,即讀取全部數(shù)據(jù)來計算ECC并和燒錄之前計算的ECC進行比較,,以判斷是否發(fā)生了位翻轉(zhuǎn),從而確定燒錄是否正確,。如果發(fā)生兩位以上的翻轉(zhuǎn),,則說明該塊燒錄錯誤,應重新選擇新塊燒錄并將原塊標記為壞塊。
4 結(jié)束語
對DSP外部Flash編程雖然不是一項關(guān)鍵技術(shù),,但是它在整個DSP嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程之中卻起著至關(guān)重要的作用,,如何方便、快速地實現(xiàn)對引導文件(BootLodaer)和文件系統(tǒng)的燒錄,,更是直接影響產(chǎn)品的生產(chǎn)與更新的重要環(huán)節(jié),。通過本系統(tǒng)可以迅速快捷地實現(xiàn)前期所有啟動文件的燒錄,實際測試證明:燒錄40 MB的文件系統(tǒng)只需要不到3分鐘,,這一點無論從速度上,,還是經(jīng)濟上都優(yōu)于通用編程器件。