基于SEP4O20的Linux NandFlash驅(qū)動設計

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　　本文首先給出了NandFlash的硬件特點，分析了Linux MTD層(Memow Technology Device)的特性，基于東南大學國家ASIC中心自主設計的嵌入式微處理器芯片SEP4020，給出了Linux下NandFlash驅(qū)動的詳細設計方案。實驗結果表明，基于這種驅(qū)動方案的NandFlash能進行有效的文件管理和穩(wěn)定、快速的讀寫功能，非常適合于嵌入式產(chǎn)品的應用。

　　本文以東南大學自主設計的東芯SEP4020微處理器的為基礎，分析NandFlash的內(nèi)部結構和Linux MTD層的框架，并基于這些研究提出了NandFlash驅(qū)動的設計和實現(xiàn)。

　　1 NandFlash的硬件特點

　　NAND器件是基于I/O接口的，這點不同于NOR閃存，基于Bus的RAM接口。NAND芯片以頁為單位讀寫，以塊為單位擦除，通過多個引腳傳送命令地址數(shù)據(jù)，使用較復雜的I/O接口來控制。以本文使用的東芝TC58512FT(64MNand)為例，分為4096塊，每塊有32頁，每頁有512B的數(shù)據(jù)區(qū)+16B的OOB(out of band)區(qū)。(4096×32×512B=64MB)，均通過8跟IOM線串行控制，如圖l所示。

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　　同時由于工藝限制，NAND閃存中允許存在壞塊。NAND閃存的每一頁有16B(頁長度512B)的OOB區(qū)用來存放ECC校驗數(shù)據(jù)，ECC有效標志，壞塊標志等。所有這些決定了于NAND的存儲系統(tǒng)設計需要處理不同于其它類型閃存特有問題。

　　2 MTD的NAND結構

　　Linux MTD層是Linux操作系統(tǒng)和存儲介質(zhì)之間的一個適配層。MTD是Linux的一個子集，用來作為具體的硬件設備驅(qū)動和上層文件系統(tǒng)的橋梁。MTD層有兩個非常顯著的優(yōu)異點：

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　　(1)簡化驅(qū)動的開發(fā)。設計基于MTD的驅(qū)動，所需要做的事情就是按照標準的公共接口函數(shù)的接口，根據(jù)微處理器NandFlash控制器的不同做適當?shù)男薷?，而無需去理會字符(塊)設備驅(qū)動設計標準，因為所有這些復雜的與內(nèi)核的交互接口機制mtd已經(jīng)做好了，開發(fā)行的精力只需要集中在實現(xiàn)對物理設備的范圍控制。

　　(2)NandFlash使用環(huán)境的獨立性。上層應用只需要訪問mtd抽象層提供的字符設備方式或者塊設備方式來訪問mtd設備，因此具體驅(qū)動對于上層應用來說是具有獨立性的，即使底層驅(qū)動修改了，上層擁有也不需要改動。并且由于mtd抽象層，上層應用就可以避免直接對具體硬件操作，而是對mtd操作，這樣，這些應用就不是建立在某個具體的設備上，更好地實現(xiàn)了通用性和兼容性。

　　mtd抽象層用一個數(shù)組struct mtd_info*mtd_table[MAX_MTD_DEVICES]保存系統(tǒng)中所有的設備，mtd設備利用struct mtd_info這個結構來描述，該結構中描述了存儲設備的基本信息和具體操作所需要的內(nèi)核函數(shù)，mtd系統(tǒng)的那個機制主要就是圍繞這個結構來實現(xiàn)的。