一種支持多種閃存的自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

引言

Flash存儲(chǔ)器具有快速訪問、低功耗、尺寸小、重量輕等特性，在系統(tǒng)電源關(guān)閉的情況下依然可保留數(shù)據(jù)。隨著技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)lash因其在性能和成本方面的優(yōu)勢(shì)逐漸成為系統(tǒng)存儲(chǔ)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前市面上，NOR Flash和NAND Flash是兩種主要的Flash存儲(chǔ)器。因NORFlash能在芯片內(nèi)執(zhí)行程序，一般在非大容量存儲(chǔ)設(shè)備中采用NOR Flash作為程序存儲(chǔ)器和非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，本文以NOR Flash存儲(chǔ)器為例，闡述一種支持多Flash的自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方法。

產(chǎn)品在批量生產(chǎn)時(shí)，同一款產(chǎn)品在不同的生產(chǎn)階段常常會(huì)因價(jià)格或者貨源等原因而采用不同型號(hào)、硬件接口兼容的Flash存儲(chǔ)器，不同的Flash存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)不同的驅(qū)動(dòng)程序。這樣，產(chǎn)品因采用了不同廠商、不同容量、不同型號(hào)的Flash存儲(chǔ)器，導(dǎo)致在一種器件上開發(fā)的驅(qū)動(dòng)軟件無法兼容另外一種器件，而需要對(duì)軟件版本做一些額外的管理工作。當(dāng)前所采用的方法是當(dāng)產(chǎn)品選用不同類型的Flash存儲(chǔ)器后，就添加一個(gè)軟件版本，由生產(chǎn)線工人針對(duì)不同的Flash存儲(chǔ)器來選擇不同的Bin燒寫文件和不同的軟件版本，這樣不僅生產(chǎn)效率低，而且容易出錯(cuò)。本文

提出一種Flash的驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)傳統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)同一驅(qū)動(dòng)軟件同時(shí)支持多Flash存儲(chǔ)器，提高了生產(chǎn)效率。

1 傳統(tǒng)Flash存儲(chǔ)器驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

1．1 傳統(tǒng)Flash存儲(chǔ)器的驅(qū)動(dòng)模型

NOR Flash的讀取如同RAM和EEPROM一樣不需要特殊的指令，但對(duì)Flash的寫入、復(fù)位、讀取ID等操作則需要特殊的編程指令序列。通常不直接寫入Flash的主要原因是為了防止加電／掉電時(shí)產(chǎn)生的脈沖破壞Flash的原始數(shù)據(jù)。Flash支持的命令集也因器件系列和廠商的不同而不同，因此需要根據(jù)Flash支持的指令集編寫驅(qū)動(dòng)程序。

傳統(tǒng)的Flash存儲(chǔ)器驅(qū)動(dòng)模型如圖1所示。驅(qū)動(dòng)層與Flash指令集相關(guān)，提供基本的操作函數(shù)給適配層調(diào)用，不同廠商的Flash指令集不同，對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)層代碼不同。適配層將Flash操作函數(shù)進(jìn)行一系列包裝以實(shí)現(xiàn)某一功能，它為應(yīng)用層提供標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用接口，適配層代碼在移植過程中一般不需要修改。應(yīng)用層函數(shù)調(diào)用適配層函數(shù)以實(shí)現(xiàn)某一具體功能。

1．2 Flash常用接口

Flash作為系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，ARM處理器對(duì)Flash的操作有以下幾種：

◆初始化配置

◆讀數(shù)據(jù)

◆寫數(shù)據(jù)

◆擦除

◆擦除狀態(tài)查詢

◆暫停擦除

◆恢復(fù)擦除

1．3 Flash的兼容性設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)Flash模型只針對(duì)一種特定指令集的Flash芯片，如配置模塊是針對(duì)Flash_A的時(shí)序和指令集來編寫的，其對(duì)應(yīng)的軟件為Software_ A，沒有考慮其兼容性。但在產(chǎn)品的后續(xù)生產(chǎn)過程中，當(dāng)需要將Flash_A更換為接口兼容的Flash_B時(shí)，需要為其重新編寫配置接口模塊，對(duì)應(yīng)的軟件為Software_B。Software_A支持Flash_A，Software_B支持Flash_B，由此就帶來一個(gè)軟件版本的管理問題。

為了便于產(chǎn)品的升級(jí)，產(chǎn)品在軟硬件設(shè)計(jì)過程中往往要考慮其兼容性，硬件的兼容相對(duì)軟件與軟件的兼容要容易得多。如圖2所示，NOR Flash的引腳主要有：8／16位的數(shù)據(jù)總線，地址總線(與Flash大小相關(guān))，控制引腳(OE#、CE#、AVD#、WE#、WP#)。同一系列Flash芯片的電氣特性基本兼容，包括其引腳連接、封裝方式、直流和交流特性等，如Toshiba公司的ty5701111183kc04和Spansion公司的S29NS128N、S29N 128N的引腳基本兼容。

硬件的兼容由芯片廠商來完成，而軟件的兼容則需要改善Flash驅(qū)動(dòng)模型來實(shí)現(xiàn)。NOR Flash的生產(chǎn)廠商很多，F(xiàn)lash支持的指令集也岡器件系列和生產(chǎn)廠商的不同而不同。

針對(duì)以上問題，本文提出一種Flash存儲(chǔ)器自適應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，在傳統(tǒng)Flash驅(qū)動(dòng)模型中添加自適應(yīng)層，同時(shí)在硬件驅(qū)動(dòng)層中添加多種Flash的接口函數(shù)。系統(tǒng)在自適應(yīng)層中自動(dòng)搜索相應(yīng)Flash的函數(shù)接口，從而實(shí)現(xiàn)Software_AB同時(shí)支持Flash_A和Flash_B。自適應(yīng)方法與傳統(tǒng)方法的比較如圖3所示。

2 Flash自適應(yīng)方法設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的Flash驅(qū)動(dòng)Software_A中只為Flash_A提供了驅(qū)動(dòng)接口函數(shù)。自適應(yīng)Flash驅(qū)動(dòng)Software_AB在硬件接口層中同時(shí)為Flash_A和Fla sh_B各提供一套驅(qū)動(dòng)接口函數(shù)，系統(tǒng)通過讀取Flash存儲(chǔ)器的ID號(hào)來識(shí)別當(dāng)前Flash，從而選擇適合當(dāng)前Flash存儲(chǔ)器的接口函數(shù)。以此類推，如果Software_ABC中添加了Flash_C的接口操作函數(shù)，則Software_ABC也添加對(duì)Flash_C的支持，實(shí)現(xiàn)3種Flash存儲(chǔ)器的自適應(yīng)。

2．1 Flash自適應(yīng)方法模型及實(shí)現(xiàn)

自適應(yīng)模型與傳統(tǒng)模型的比較如圖4所示。自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)方法在傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方法的基礎(chǔ)上添加了自適應(yīng)層，硬件驅(qū)動(dòng)層里有多款Flash的接口操作函數(shù)。

一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序中存在多種Flash的接口函數(shù)，系統(tǒng)在自適應(yīng)層中分三步來尋找對(duì)應(yīng)Flash的接口函數(shù)。如圖5所示，自適應(yīng)層實(shí)現(xiàn)方法如下：

①讀取Flash設(shè)備ID；

②fLash_nor_probe()，系統(tǒng)根據(jù)讀取到的ID，遍歷指針數(shù)組*(spansion[])，尋找當(dāng)前Flash的驅(qū)動(dòng)信息，并將之存儲(chǔ)在全局變量中；

③根據(jù)相應(yīng)的全局變量，自動(dòng)尋找相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)。

2．2 Flash接口函數(shù)的實(shí)現(xiàn)

本文以Toshiba公司ty5701111183kc04的Flash ID讀取為例，介紹NOR Flash驅(qū)動(dòng)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法。

Flash ID讀取流程：

①發(fā)送復(fù)位指令0xf0令Flash復(fù)位；

②給Flash發(fā)送讀取ID的命令序列；

③讀取Flash ID存儲(chǔ)到全局變量中。

Flash ID讀取流程如圖6所示。

2．3 自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

指針數(shù)組*(spansion_part[])的每個(gè)成員都是一種Flash的接口函數(shù)指針，系統(tǒng)每添加一種Flash的驅(qū)動(dòng)接口，需要在spansion_part中添加一個(gè)成員變量，數(shù)據(jù)有多少個(gè)成員變量，就代表系統(tǒng)支持多少種Flash。本系統(tǒng)現(xiàn)已支持6種Flash，*(spansion_part[])數(shù)組有6個(gè)成員變量和1個(gè)NULL(結(jié)束標(biāo)志)。

fsi_nor_device結(jié)構(gòu)體定義如圖7所示。flash_name[32]用來存儲(chǔ)當(dāng)前Flash的名字；id[4]存儲(chǔ)Flash唯一的ID號(hào)，在Flash的識(shí)別階段，系統(tǒng)通過比較ID號(hào)來識(shí)別當(dāng)前系統(tǒng)所采用的Flash，從而選擇對(duì)應(yīng)的接口函數(shù)；geometry存儲(chǔ)的是Flash的一些物理參數(shù)信息，其成員變量family type標(biāo)記當(dāng)前Flash屬于哪一個(gè)系列，device_size存儲(chǔ)Flash容量大小，X_iface存儲(chǔ)Flash的位寬(16位／8位)，write_buf_size存儲(chǔ)Flash的緩沖區(qū)大小，blk_regions記錄的是Flash的硬件結(jié)構(gòu)方面的信息，給文件系統(tǒng)提供參數(shù)。ops是一個(gè)指向結(jié)構(gòu)體的指針，ops所指向的結(jié)構(gòu)體各個(gè)成員變量都是當(dāng)前Flash的操作函數(shù)，Ops->read()函數(shù)實(shí)現(xiàn)Flash的讀操作，ops->write()函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash的寫操作。

本系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化的編程思想，在自適應(yīng)層中構(gòu)造了一組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為適配層提供統(tǒng)一的接口函數(shù)，使各種Flash驅(qū)動(dòng)接口相互獨(dú)立。每個(gè)Flash的接口函數(shù)都是*(spansion_part[])的一個(gè)成員變量，只需要在*(spansion_part[])添加一個(gè)成員變量即可多支持一款Flash存儲(chǔ)器。

自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)如圖8所示。如果自適應(yīng)層讀取的ID等于spansion_part[O]->geometry．id，則確認(rèn) 當(dāng) 前 Flash 為ty5701111183kc 04，spansion_parts[0]->ops->config()為當(dāng)前Flash的配置函數(shù)ty5701111183kc04_configure；依次類推spansion_parts[0]->ops->read()為當(dāng)前Flash的寫函數(shù)，spansion_part[0]->geometry．device_size是Flash的容量大小。

2．4 Flash自適應(yīng)識(shí)別過程

flash_nor_probe()函數(shù)遍歷數(shù)組指針*(spansion_parts[])尋找符合當(dāng)前Flash的驅(qū)動(dòng)函數(shù)。如圖9所示，自適應(yīng)識(shí)別過程如下：

①flash_nor_drive指向*(spansion_parts[])的第一個(gè)元素；

②將當(dāng)前Flash ID flash_id_dest[4]與spansion_parts[i]->id[4]相比較；

③如果ID匹配，對(duì)應(yīng)的spansion_partsEi]->ops是當(dāng)前Flash的函數(shù)，spansion_parts[i]->ops->write()是當(dāng)前Flash的寫操作函數(shù)；

④如果ID不相同，fsi_nor_drive指向*(spansion_parts[])的下一個(gè)元素，重復(fù)步驟③，如果遍歷*(spansion_parts[])還未找到ID號(hào)等于flash_id_dest[4]的元素，則表示當(dāng)前軟件版本不支持這款Flash，對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)不存在，系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)。

結(jié)語

本文主要對(duì)NOR Flash存儲(chǔ)器驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)進(jìn)行了重點(diǎn)設(shè)計(jì)，為上層文件系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的接口去調(diào)用Flash存儲(chǔ)器功能函數(shù)。對(duì)于特定Flash功能函數(shù)的實(shí)現(xiàn)并未詳細(xì)講解，整個(gè)方案在S3C2440 ARM9平臺(tái)上對(duì)Spansion Flash(S29NS064N、S29NS128N、S29N128N)和Toshiba公司Flash ty5701111183kc04四款Flash的自適應(yīng)進(jìn)行了驗(yàn)證，后期還可以添加其他Flash的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，以再實(shí)現(xiàn)對(duì)其他Flash的自適應(yīng)的支持。本方案可以進(jìn)一步擴(kuò)展，在ARM9平臺(tái)上用軟件的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)NAND Flash、LCD和其他外圍IC的自適應(yīng)。