基于DSP PNX1501的NandFlash在線燒錄系統(tǒng)設(shè)計
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(yīng)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。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/257419.htm1 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(yīng)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(yīng)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:
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