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隨著電子產品市場的不斷擴大，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。多項優點集于一身使得閃存器在移動電子和嵌入式領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，很適合用來做數碼產品，現在的單片nandflash芯片的存儲容量已經可以做到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，開發在線燒錄系統也就成為嵌入式開發領域不可缺少的一步。 1 NandFlash簡介 NOR和NAND是現在市場上兩種主要的非易失閃存技術。Intel于1988年首先開發出NOR flash技術，徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發表了NAND flash結構，該結構強調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作為高數據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接口，Nand-Flash器件使用復雜的I／O口來串行存取數據，各個產品或廠商的方法可能各不相同。它用8個引腳來傳送控制、地址和數據信息。NandFlash的讀、寫操作采用512字節的塊，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進行，所以，在大多數情況下，在進行寫入操作之前必須先執行擦除(在NandFlash閃存中每個塊的最大擦寫次數是一百萬次)。總而言之，現在市面上常見的優盤、MP3和MP4等數碼設備的存儲系統都是采用NandFlash存儲芯片來實現的。 2 在線燒錄系統構架 本文介紹的整個燒錄系統由三部分組成，其中PC端通過PCI總線提供待燒錄數據并負責控制PNX1051 DSP，而DSP則負責解析，以將上端PC傳送的命令和數據通過控制GPIO管腳來控制NandFlash的通信時序以及燒錄的實現。圖1所示是該燒錄系統的系統結構框圖。 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。本系統只用于實現對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，此外，DSP外擴有32MB DDR，該NandFlash用GPIO0～GPIO7作為數據口，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據傳輸。目前，大多數燒錄器的數據傳輸速度都很低且自身緩存很小。燒錄過程中需要與PC頻繁進行數據通信，故在燒錄比較大的文件系統時，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，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，對于產品的更新極為方便。本系統中選用的HY27US08121M NandFlash為三星公司生產的一款64MB Flash，該器件的塊擦除時間為2ms，頁寫入時間為0.5 ms，可以實現高速讀寫。 3 系統軟件 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字節的有效數據空間和16字節的Spare空間，其中有效數據用來存放實際數據，Spare區間則用來存放有效數據的附加描述信息(ECC，壞塊信息、索引編號等等)。不同的文件系統有各自不同的數據結構，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區第6字節表示(0xFF為有效，其余為無效)，ECC則是對全部有效數據進行一系列的異或校驗后得出的校驗值，通常為3字節(512字節校驗)或6字節(256字節校驗)。由于制造工藝的原因，Nand-Flash在生產過程中可能會產生壞塊，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在出廠時已經把原始的壞塊信息寫入每塊的第0頁和第1頁的Spare區，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中讀取數據時還可以引入ECC校驗，并對讀取的每頁512字節數據計算新的ECC，同時和該頁Spare區存儲的ECC進行比較，這樣，可以糾正1 Bit位翻轉，或檢測2 Bit以上的翻轉。 本系統中的燒錄文件按照飛利浦的協議采用6字節的ECC，由于NandFlash以塊和頁來管理數據，因此，對于PC端，首先應將數據按照Nand-Flash結構進行映射，其代碼如下： 之后便可將燒錄文件數據填入DataBuf中，每填完512字節后計算ECC和其它Spare區間內容，填滿32頁就可開辟新的數據結構并掛入鏈表中。 PC和DSP通信是該系統的關鍵。設計時可以采用消息方式，也可以在接收端DSP的外掛DDR中開辟一段共享區問，然后由PC直接將數據寫入，再發送命令進行燒錄。本系統采用第二種方式。對于飛利浦公司的DSP而言，該DSP在驅動中已經將其全部DDR空間映射到PC的物理空間了，因而可直接在驅動SDK中增加簡單接口函數，以將有DSP開辟的共享區間的地址通過消息方式傳送給PC，這樣，PC就能直接對該區問進行讀寫了。該操作的具體代碼如下： 這樣，當DSP接到PC發送的燒錄命令時，系統便可讀取共享緩沖區的內容并開始燒錄Flash。其具體的流程如圖2所示，部分函數源碼如下： 設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，可能會失敗并產生壞塊。對于壞塊的處理。不同系統有不同的方法，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據進行ECC校驗，即讀取全部數據來計算ECC并和燒錄之前計算的ECC進行比較，以判斷是否發生了位翻轉，從而確定燒錄是否正確。如果發生兩位以上的翻轉，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 結束語 對DSP外部Flash編程雖然不是一項關鍵技術，但是它在整個DSP嵌入式系統開發過程之中卻起著至關重要的作用，如何方便、快速地實現對引導文件(BootLodaer)和文件系統的燒錄，更是直接影響產品的生產與更新的重要環節。通過本系統可以迅速快捷地實現前期所有啟動文件的燒錄，實際測試證明：燒錄40 MB的文件系統只需要不到3分鐘，這一點無論從速度上，還是經濟上都優于通用編程器件。 |
