NandFlash存儲(chǔ)管理在DSP系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)(精)

1、Nand+Flash 存儲(chǔ)管理在 DSP 系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)NandFlash 作為一種安全、快速的存儲(chǔ)體，因其具有體積小、容量大、成本 低、掉電數(shù)據(jù)不丟失等一系列優(yōu)點(diǎn)，已逐步取代其它半導(dǎo)體存儲(chǔ)元件，成為嵌 入式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的主要載體。盡管 NandFlash 的每個(gè)單元塊相互獨(dú)立，且 每塊一般可擦除次數(shù)高達(dá) 10100 萬(wàn)次，但是隨著擦寫次數(shù)增加，會(huì)有一些單 元塊逐漸變得不穩(wěn)定或失效從而形成永久性壞塊。因此，要避免頻繁地對(duì)同一 塊進(jìn)行操作，盡量達(dá)到擦寫次數(shù)均衡；同時(shí)，由于擦除操作耗時(shí)較多，會(huì) NandFlash 作為一種安全、快速的存儲(chǔ)體，因其具有體積小、容量大、成本 低、掉電數(shù) 據(jù)不丟失等一

2、系列 優(yōu)點(diǎn)，已逐步取代 其它半導(dǎo)體存儲(chǔ)元件，成為嵌 入式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的主 要載體。盡管 Nand Flash 的每個(gè)單元塊相互獨(dú)立， 且每塊一般可擦除次數(shù)高達(dá) 10 100 萬(wàn)次， 但是隨著擦寫次數(shù)增加，會(huì)有一些 單元塊逐漸變得不穩(wěn)定或失效從而形成永久性壞塊。因此， 要避免頻繁地對(duì)同 一塊進(jìn)行操作，盡量達(dá)到擦寫次數(shù)均衡；同時(shí)，由于擦除操作耗時(shí)較多，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性造成影響。為此，本文介紹了一種基于磨損均衡思想的 Nand Flash 存儲(chǔ)管 理方式，并深入討論了該方式在 Ti 公司的 DSFTMS320F28 曲的 程序?qū)崿F(xiàn)。1 器件介紹本文中采用的 Nand Flash 芯片 K9F640

3、8U0(是一塊擁有 8M(8,388,608)x8bit 存儲(chǔ)空間及 256K(262, 144)x8bit 輔用存儲(chǔ)空間的存儲(chǔ)芯片，電源電壓為1.8V 3.3V。芯片內(nèi)部按塊和 頁(yè)的方式來(lái)組織的，如圖 1 所示，共分成 1024 個(gè)塊,每塊包含 16 個(gè)頁(yè)，每頁(yè)內(nèi)有 528 個(gè)字節(jié)。F28x 系列 DSP 是美國(guó) TI 公司 最新推出的C2000 平臺(tái)上的定點(diǎn) DSP 芯片。圖 1 K9F6408UOC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖F28x 系列芯片具有低成本、低功耗和高效能等特點(diǎn)，特別適用于有大量數(shù)據(jù) 處理的測(cè)控場(chǎng)合。2 Flash 的特點(diǎn)及存儲(chǔ)管理的作用由 K9F6408U0C 勺基本結(jié)構(gòu)可以知道，它

4、的基本單位有塊、頁(yè)、字節(jié)等。NandFlash 芯片具有如下特點(diǎn)：Flash 寫：通過(guò)寫命令將每個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)單元中的 1 變?yōu)?0；寫操作不能把 0 變?yōu)?。Flash 擦除：擦除命令是 Flash 中存儲(chǔ)單元 0 變?yōu)?1 的唯一途徑，一旦對(duì)某一 塊中的某一位寫 0,要再改變成 1,則必須執(zhí)行擦除命令。通常，對(duì)于容量較小的 Flash 塊的操作過(guò)程是：先把整個(gè)塊的數(shù)據(jù)讀到 RAM 中，在RAM 中修改數(shù)據(jù)內(nèi)容，再擦除整個(gè)塊，最后寫入修改后的數(shù)據(jù)。顯然， 這樣頻繁復(fù)雜的讀-擦除-寫操作，對(duì)于 Flash 的使用壽命以及系統(tǒng)性能是很不 利的，而且微處理器中通常 RAMfc 小有限。因此在硬件條件苛

5、刻的嵌入式系統(tǒng)中就迫切需要一種合理的存儲(chǔ)管理方式以便有效地均衡Flash 各個(gè)存儲(chǔ)塊的擦寫次數(shù)，提高 Flash 的使用壽命，從而提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性。3 存儲(chǔ)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1 建立壞塊管理表Nand Flash 由于生產(chǎn)工藝的問(wèn)題，不可避免的會(huì)存在一些壞塊，這些壞塊在芯 片出廠前 都已被標(biāo)識(shí)好。根據(jù) Na nd Flash 數(shù)據(jù)手冊(cè)中的介紹，在每一塊的第 一頁(yè)與第二頁(yè)的 Spare area 的第六個(gè)字節(jié)（也就是該頁(yè)的第 517 字節(jié)）即是 出廠時(shí)的壞塊標(biāo)識(shí)位，如果某塊的該兩頁(yè)的第 517 字節(jié)內(nèi)容不同時(shí)為 0 xFF,則代表該塊為廠家標(biāo)識(shí)壞塊。這種壞塊的檢測(cè)必須在對(duì)芯片進(jìn)行擦除前進(jìn)行

6、，因?yàn)閺S家壞塊有可能也能夠被進(jìn)行擦除操作，如使用這種塊將對(duì)數(shù)據(jù)安全留下一定的隱患。Nand Flash 在出廠前會(huì)保證每塊芯片的第一塊與第二塊是完好的，所以在本文 的設(shè)計(jì)中，采用的方式是將壞塊管理表存放在第一塊的第一頁(yè)的前128 個(gè)字節(jié)中，每個(gè)字節(jié)的一位代表芯片的一塊，如該位為1 剛表明該塊是好的，為 0 則表示對(duì)應(yīng)塊為壞塊。壞塊管理表的建立是必需的，而且最好是在芯片進(jìn)行其它 擦寫操作前進(jìn)行。3.2 Flash 存儲(chǔ)空間管理在本文設(shè)計(jì)的 Flash 空間管理中，F(xiàn)lash 的存儲(chǔ)塊被分為空閑塊（Free，即空 白沒(méi)寫數(shù)據(jù) 的好塊），有效塊（Valid，即存有有效數(shù)據(jù)的塊，不能被擦 除），無(wú)效塊（Invalid，即數(shù) 據(jù)已無(wú)效或是寫入錯(cuò)誤塊，可被擦除），保留 塊（Reserve，用于替換新產(chǎn)生的壞塊），其它的則為壞塊，所有存儲(chǔ)塊的管理 均采用單向鏈表方式進(jìn)行管理。在大部分的 Flash 存儲(chǔ)空間管理系統(tǒng)中可能并不存在保留塊，在本系統(tǒng)中增加 保留塊的作用主要是，當(dāng)部分存儲(chǔ)塊因?yàn)榉磸?fù)擦寫成為新的壞塊時(shí)，可以用保 留塊取而代之成為新的空閑塊，從而使得留給用戶的可用存儲(chǔ)塊總數(shù)在一定時(shí)期內(nèi)是一定的，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可以增強(qiáng)數(shù)據(jù)的安全性，延長(zhǎng)整個(gè) Flash 的使 用周期，缺點(diǎn)是用戶可用的存儲(chǔ)空間相對(duì)減少，不過(guò)在 Flash 芯片技術(shù)迅速發(fā) 展的今