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NAND Flash嵌入式存儲系統(tǒng)設(shè)計

2011年04月25日 11:10 本站整理 作者:Spring 用戶評論(0

  如今Windows仍是桌面系統(tǒng)的主流,對FAT文件系統(tǒng)提供了天然的支持。然而就技術(shù)而言,F(xiàn)AT文件系統(tǒng)并不適合Flash,因為Flash設(shè)備并不是塊設(shè)備[1],為了不破壞兼容性,并在NAND型閃存中應(yīng)用FAT文件系統(tǒng),國際上提出了閃存轉(zhuǎn)譯層FTL(Flash Translation Layer)的解決方案。

  1 NAND Flash嵌入式存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

  基于NAND Flash的存儲系統(tǒng)的設(shè)計首先要解決壞塊問題。由于NAND Flash自身存在固有壞塊并在擦除和編程中又隨機產(chǎn)生壞塊,因此為了提高設(shè)備的可靠性應(yīng)該將這兩種操作分散在閃存不同的塊中,以避免對某塊的過度操作。

  一般的基于NAND Flash嵌入式存儲系統(tǒng)驅(qū)動結(jié)構(gòu)分為三個層次:最底層是硬件操作接口,負(fù)責(zé)將主控芯片與Flash的控制管腳相連,這方面的固件主要實現(xiàn)對NAND Flash的物理操作;中間層是閃存轉(zhuǎn)譯層NFTL(NAND FTL),是封裝在Flash驅(qū)動中的軟件模塊,其作用是將Flash模擬成與磁盤相類似的塊設(shè)備,使對上層操作系統(tǒng)而言,NAND Flash就像普通磁盤一樣被訪問。這一層主要是封裝一些特殊的復(fù)雜管理控制功能;最上面的層就是文件管理層,功能類似于普通磁盤上的通用文件系統(tǒng),向上層提供標(biāo)準(zhǔn)的文件操作接口。基于NAND Flash的嵌入式系統(tǒng)存儲結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

  

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  根據(jù)以上兩個方面,既要在驅(qū)動中實現(xiàn)壞塊管理,又要進(jìn)行塊模擬,所以可用的方法有兩種[2]:一是在上層文件系統(tǒng)中解決壞塊問題,驅(qū)動層只實現(xiàn)本身的功能,文件系統(tǒng)為驅(qū)動層提供不變的接口,為上層應(yīng)用程序提供可靠透明的服務(wù)。這種方法較簡單,開發(fā)周期比較短,但只對特定應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)有很強的適應(yīng)性;第二種方法是在驅(qū)動層的NFTL中解決壞塊問題,將不可靠的NAND Flash虛擬成可靠的存儲設(shè)備,為上層文件系統(tǒng)提供可靠透明服務(wù),這種方法較第一種更復(fù)雜,但是此法具有較強的可移植性并能徹底斷絕與文件系統(tǒng)的聯(lián)系,其他文件系統(tǒng)也同樣適用。

  本文是以Samsung的NAND Flash K9F2808U0C作為存儲芯片,設(shè)計了一種在NFTL上實現(xiàn)壞塊管理并且實現(xiàn)連續(xù)數(shù)據(jù)讀取的方法。

  2 設(shè)計思想

  2.1 閃存空間劃分

  K9F2808U0C是16 MB×8 bit的NAND Flash,共有1 024個Block,1 Block=16 KB,32 Page/Block,1 Page=528 B=(512 B+16 B),其中16 B為備用區(qū),主要存放NAND Flash出廠壞塊標(biāo)記、ECC校驗碼以及用戶自定義區(qū)。K9F2808U0C地址空間是24 bit,分三個周期依次送入NAND Flash的地址鎖存器。本文使用的地址均為字節(jié)地址,數(shù)據(jù)類型為DWORD(4 B)。

  將K9F2808U0C的存儲空間劃分為四個區(qū):壞塊映射表存放區(qū)、交換塊區(qū)、壞塊映射區(qū)和實際數(shù)據(jù)存放區(qū)。文件系統(tǒng)管理的空間就是實際的數(shù)據(jù)存放空間,如圖2所示。

  

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