VxWorks設計的NAND FLASH驅(qū)動程序

　　VxWorks是嵌入式領域內(nèi)公認的最有特色的高性能實時操作系統(tǒng)之一。它以其良好的可靠性和卓越的實時性，被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中，如衛(wèi)星通信、軍事演習、彈道制導、飛機導航等。

　　目前，在VxWorks實現(xiàn)上，涉及文件系統(tǒng)的文章不少，但一般都是針對容量較小，操作相對簡單的NORFLASH實現(xiàn)的。本文討論了如何在以AMCC公司的Power PC芯片PPC440epx為核心的嵌入式平臺上，利用三星公司的大容量NAND FLASH實現(xiàn)文件系統(tǒng)的具體辦法。

　　1 三星NAND FLASH芯片K9F2G08QOM

　　K9F2G08QOM芯片的容量為256 M×8 b="2" Gb的數(shù)據(jù)區(qū)，再加上64 Mb的備用區(qū)。一塊這種芯片被分為2 048個塊，每個塊又分為64頁，每頁由2 KB的數(shù)據(jù)區(qū)加上64 B的備用區(qū)組成。如圖1所示，列地址為12 b(A11～A0)。當A12為0時，A10～A0確定對每頁中2 KP；數(shù)據(jù)的訪問；當A12為1時，訪問的是64 B的備用區(qū)。由于NANDFLASH芯片在出廠時就可能出現(xiàn)壞塊(塊中的某個或多個bit不能有效的進行讀寫)，為了將其標注出來，三星公司保證每個壞塊的第一頁和第二頁備用區(qū)第一個byte的數(shù)據(jù)沒有被初始化為0xFF。設計人員要確保在對該芯片進行擦除之前，先將這個信息保留起來(建一個壞塊表)。行地址為17 b(A28～A12)。它確定了對2 048塊×64頁=128 K個頁中的某一頁進行訪問。為了簡化NAND FLASH芯片的管腳，其地址和數(shù)據(jù)信息共享8個I／O管腳，因此，其29 B的地址信息被設計為5個周期進行傳輸。具體操作如表1所示。

　　注：起始地址是列地址；L表示必須置為低電平

　　對NAND FLASH的操作流程比較簡單，即在第一個周期里送操作相關的命令字，然后送地址，以及相應的數(shù)據(jù)，最后送確認字。需要說明的是，由于地址、命令和數(shù)據(jù)都共用8個I／O管腳來進行傳輸，因此在硬件上必須要有專用的管腳來區(qū)分傳輸類型(在傳輸命令的時候，命令鎖存使能信號CLE有效；在傳輸?shù)刂返臅r候，地址鎖存使能信號ALE有效)。具體的命令字、時序和操作流程在K9F2G08Q0M的數(shù)據(jù)手冊上有較詳細的描述，在此不一一詳述。

　　2 PPC440epx的NAND FLASH接口

　　AMCC公司的PPC440epx芯片是一款性能指標較高的嵌入式CPU芯片，其主頻可以達到667 MHz，擁有DDR2接口，可支持千兆以太網(wǎng)，USB 2．0接口，支持浮點運算，同時還支持NAND FLASH芯片。

　　PPC440epx使用一個NAND FLASH Controller作為外部NAND FLASH與其外部總線通信的接口電路，該控制器最多可以支持4個NAND FLASH芯片，每個芯片的容量可以為4～256 MB，每頁的大小可以為512 B+16 B或者2 KB+64 B。NDFC(NANDFLASH Controller)的存在使得對NAND FLASH的操作變的非常簡單。根據(jù)前面對K9F2G08Q0M的介紹可知，對NAND FLASH的操作需要在硬件上產(chǎn)生ALE，CLE信號來區(qū)分傳輸類型。NDFC給程序設計人員提供兩種實現(xiàn)時序的方法：硬件實現(xiàn)，軟件實現(xiàn)。如果是前者， NDFC提供了幾個寄存器：命令寄存器、地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、配置寄存器和狀態(tài)寄存器。通過對這幾個寄存器執(zhí)行相應的讀／寫操作就可以產(chǎn)生相應的時序。例如，如果需要對NAND FLASH寫命令字80H，則只需將80H寫人命令寄存器即可。NDFC自動將80H送到I／O7～I／O0上，同時置CLE為有效狀態(tài)。而軟件實現(xiàn)方法是根據(jù)K9F2G08Q0M的時序要求，通過對硬件控制寄存器中相應的bit寫1或者0，使得對應的控制信號為高電平或者低電平。設計人員可以根據(jù)自己的情況，選擇實現(xiàn)方法。這里推薦采用硬件實現(xiàn)的方法。不過，在有問題時，可采用軟件實現(xiàn)的方法來進行調(diào)試。

　　3 TrueFFS簡介

　　TureFFS(Ture Flash File System)是M-Systems公司為VxWorks操作系統(tǒng)定制的實現(xiàn)FLASH塊設備的接口。通過使用TFFS，應用程序?qū)LASH的讀寫就像對擁有MS-DOS文件系統(tǒng)的磁盤設備操作一樣。對于上層設計人員，TFFS屏蔽了底層多種多樣FLASH設備的具體細節(jié)。同時，由于FLASH存儲芯片自身的一些特性(如擦除、編程次數(shù)有限并且操作時間較長；容易進入過度編程狀態(tài)等)，TFFS采用虛擬塊、損耗均衡、碎片回收、錯誤恢復等機制來提高 FLASH的使用壽命，確保數(shù)據(jù)完整，優(yōu)化性能。