一種支持多種閃存的自適應驅(qū)動設計

引言

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

產(chǎn)品在批量生產(chǎn)時，同一款產(chǎn)品在不同的生產(chǎn)階段常常會因價格或者貨源等原因而采用不同型號、硬件接口兼容的Flash存儲器，不同的Flash存儲器對應不同的驅(qū)動程序。這樣，產(chǎn)品因采用了不同廠商、不同容量、不同型號的Flash存儲器，導致在一種器件上開發(fā)的驅(qū)動軟件無法兼容另外一種器件，而需要對軟件版本做一些額外的管理工作。當前所采用的方法是當產(chǎn)品選用不同類型的Flash存儲器后，就添加一個軟件版本，由生產(chǎn)線工人針對不同的Flash存儲器來選擇不同的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。本文

提出一種Flash的驅(qū)動自適應的實現(xiàn)方法，對傳統(tǒng)軟件設計方法進行改進，實現(xiàn)同一驅(qū)動軟件同時支持多Flash存儲器，提高了生產(chǎn)效率。

1 傳統(tǒng)Flash存儲器驅(qū)動設計

1．1 傳統(tǒng)Flash存儲器的驅(qū)動模型

NOR Flash的讀取如同RAM和EEPROM一樣不需要特殊的指令，但對Flash的寫入、復位、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)動程序。

傳統(tǒng)的Flash存儲器驅(qū)動模型如圖1所示。驅(qū)動層與Flash指令集相關，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，對應的驅(qū)動層代碼不同。適配層將Flash操作函數(shù)進行一系列包裝以實現(xiàn)某一功能，它為應用層提供標準的應用接口，適配層代碼在移植過程中一般不需要修改。應用層函數(shù)調(diào)用適配層函數(shù)以實現(xiàn)某一具體功能。

1．2 Flash常用接口

Flash作為系統(tǒng)的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，ARM處理器對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

◆恢復擦除

1．3 Flash的兼容性設計

傳統(tǒng)Flash模型只針對一種特定指令集的Flash芯片，如配置模塊是針對Flash_A的時序和指令集來編寫的，其對應的軟件為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，當需要將Flash_A更換為接口兼容的Flash_B時，需要為其重新編寫配置接口模塊，對應的軟件為Software_B。Software_A支持Flash_A，Software_B支持Flash_B，由此就帶來一個軟件版本的管理問題。

為了便于產(chǎn)品的升級，產(chǎn)品在軟硬件設計過程中往往要考慮其兼容性，硬件的兼容相對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)，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)動模型來實現(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。

針對以上問題，本文提出一種Flash存儲器自適應的設計方法，在傳統(tǒng)Flash驅(qū)動模型中添加自適應層，同時在硬件驅(qū)動層中添加多種Flash的接口函數(shù)。系統(tǒng)在自適應層中自動搜索相應Flash的函數(shù)接口，從而實現(xiàn)Software_AB同時支持Flash_A和Flash_B。自適應方法與傳統(tǒng)方法的比較如圖3所示。

2 Flash自適應方法設計

傳統(tǒng)的Flash驅(qū)動Software_A中只為Flash_A提供了驅(qū)動接口函數(shù)。自適應Flash驅(qū)動Software_AB在硬件接口層中同時為Flash_A和Fla sh_B各提供一套驅(qū)動接口函數(shù)，系統(tǒng)通過讀取Flash存儲器的ID號來識別當前Flash，從而選擇適合當前Flash存儲器的接口函數(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Flash_C的支持，實現(xiàn)3種Flash存儲器的自適應。

2．1 Flash自適應方法模型及實現(xiàn)

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

一個驅(qū)動程序中存在多種Flash的接口函數(shù)，系統(tǒng)在自適應層中分三步來尋找對應Flash的接口函數(shù)。如圖5所示，自適應層實現(xiàn)方法如下：

①讀取Flash設備ID；

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

③根據(jù)相應的全局變量，自動尋找相應的驅(qū)動函數(shù)。

2．2 Flash接口函數(shù)的實現(xiàn)

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

Flash ID讀取流程：

①發(fā)送復位指令0xf0令Flash復位；

②給Flash發(fā)送讀取ID的命令序列；

③讀取Flash ID存儲到全局變量中。

Flash ID讀取流程如圖6所示。

2．3 自適應驅(qū)動的結構設計

指針數(shù)組*(spansion_part[])的每個成員都是一種Flash的接口函數(shù)指針，系統(tǒng)每添加一種Flash的驅(qū)動接口，需要在spansion_part中添加一個成員變量，數(shù)據(jù)有多少個成員變量，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個成員變量和1個NULL(結束標志)。

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

本系統(tǒng)采用結構化的編程思想，在自適應層中構造了一組數(shù)據(jù)結構，為適配層提供統(tǒng)一的接口函數(shù)，使各種Flash驅(qū)動接口相互獨立。每個Flash的接口函數(shù)都是*(spansion_part[])的一個成員變量，只需要在*(spansion_part[])添加一個成員變量即可多支持一款Flash存儲器。

自適應驅(qū)動的結構如圖8所示。如果自適應層讀取的ID等于spansion_part[O]->geometry．id，則確認 當 前 Flash 為ty5701111183kc 04，spansion_parts[0]->ops->config()為當前Flash的配置函數(shù)ty5701111183kc04_configure；依次類推spansion_parts[0]->ops->read()為當前Flash的寫函數(shù)，spansion_part[0]->geometry．device_size是Flash的容量大小。

2．4 Flash自適應識別過程

flash_nor_probe()函數(shù)遍歷數(shù)組指針*(spansion_parts[])尋找符合當前Flash的驅(qū)動函數(shù)。如圖9所示，自適應識別過程如下：

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

②將當前Flash ID flash_id_dest[4]與spansion_parts[i]->id[4]相比較；

③如果ID匹配，對應的spansion_partsEi]->ops是當前Flash的函數(shù)，spansion_parts[i]->ops->write()是當前Flash的寫操作函數(shù)；

④如果ID不相同，fsi_nor_drive指向*(spansion_parts[])的下一個元素，重復步驟③，如果遍歷*(spansion_parts[])還未找到ID號等于flash_id_dest[4]的元素，則表示當前軟件版本不支持這款Flash，對應的驅(qū)動不存在，系統(tǒng)報錯。

結語

本文主要對NOR Flash存儲器驅(qū)動的自適應進行了重點設計，為上層文件系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的接口去調(diào)用Flash存儲器功能函數(shù)。對于特定Flash功能函數(shù)的實現(xiàn)并未詳細講解，整個方案在S3C2440 ARM9平臺上對Spansion Flash(S29NS064N、S29NS128N、S29N128N)和Toshiba公司Flash ty5701111183kc04四款Flash的自適應進行了驗證，后期還可以添加其他Flash的驅(qū)動函數(shù)，以再實現(xiàn)對其他Flash的自適應的支持。本方案可以進一步擴展，在ARM9平臺上用軟件的方式實現(xiàn)系統(tǒng)對NAND Flash、LCD和其他外圍IC的自適應。