YAFFS2在嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)方案設(shè)計(jì)

　　隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，人們對(duì)于嵌入式系統(tǒng)功能的要求也越來(lái)越高，相應(yīng)地其大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理變得越來(lái)越重要。相對(duì)硬盤而言，F(xiàn)LASH等非易失性存儲(chǔ)器具有體積小、功耗低、成本低、抗震強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已在嵌入式系統(tǒng)中被大量作為存儲(chǔ)設(shè)備使用，而大容量非易失數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案的應(yīng)用還存在成本和軟件支持方面的問題需要克服。大頁(yè)NAND FLASH具有寫入速度快、容量大、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合于需要進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的場(chǎng)合。YAFFS2作為專門支持大頁(yè)NAND FLASH的文件系統(tǒng)在U-Boot和嵌入式Linux上一直沒有得到正式支持。本文結(jié)合部隊(duì)?wèi)?yīng)用實(shí)際，在嵌入式Linux系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了大頁(yè)NAND FLASH和YAFFS2文件系統(tǒng)的結(jié)合，為裝備的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理搭建起了小型的智能化平臺(tái)。本文內(nèi)容安排如下，首先介紹系統(tǒng)存儲(chǔ)方案特點(diǎn)和YAFFS2數(shù)據(jù)在大頁(yè)NAND FLASH上的儲(chǔ)存方式，然后詳細(xì)敘述系統(tǒng)移植和文件系統(tǒng)制作過程，最后對(duì)移植結(jié)果進(jìn)行測(cè)試。
　　l 系統(tǒng)存儲(chǔ)方案設(shè)計(jì)
　　某國(guó)產(chǎn)化設(shè)備用于取代隨裝多臺(tái)套設(shè)備，除完成原設(shè)備的數(shù)據(jù)記錄功能外，還需進(jìn)行數(shù)據(jù)翻譯、判讀，數(shù)據(jù)分析處理，二維顯示和三維動(dòng)態(tài)復(fù)現(xiàn)等功能；同時(shí)，需存儲(chǔ)裝備長(zhǎng)時(shí)間工作輸出的所有原始數(shù)據(jù)信息，類似黑匣子功能，以供事后分析使用。具有程序量大，數(shù)據(jù)需實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大的特點(diǎn)。板上存儲(chǔ)設(shè)備包括SDRAM和FLASH，SDRAM為易失性存儲(chǔ)器，作為程序的運(yùn)行空間和記錄數(shù)據(jù)的緩存空間；FLASH為非易失性存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)軟件程序和記錄數(shù)據(jù)。
　　嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用的FLASH主要有NORFLASH和NAND FLASH兩種。NOR FLASH的塊大小范圍為64～128 KB，其容量一般為l～32 MB，可作為嵌入式設(shè)備的啟動(dòng)設(shè)備，適合于代碼存儲(chǔ)。NAND FLASH的塊大小范圍為8～64 KB，容量一般為8～512 MB，適合于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。它們之間的主要差別有以下幾點(diǎn)。
　?。?）速度。在寫數(shù)據(jù)和擦除數(shù)據(jù)時(shí)，NANDFLASH支持整塊擦寫操作，其速度比NOR FLASH要快得多，兩者相差近千倍；讀取時(shí)，NAND FLASH要先向芯片發(fā)送地址信息進(jìn)行尋址才能開始讀寫數(shù)據(jù)，而NOR FLASH的操作則是以字或字節(jié)為單位進(jìn)行的，直接讀取，所以讀取數(shù)據(jù)時(shí)，NOR FLASH效率更高。
　?。?）容量和成本。NOR FLASH的每個(gè)存儲(chǔ)單元與位線相連，增加了芯片內(nèi)位線的數(shù)量，不利于存儲(chǔ)密度的提高。在面積和工藝相同的情況下，NANDFLASH的容量比NOR FLASH要大得多，生產(chǎn)成本更低。
　　（3）易用性。NAND FLASH的I／O端口采用復(fù)用的數(shù)據(jù)線和地址線，必須先通過寄存器串行地進(jìn)行數(shù)據(jù)存取，各個(gè)產(chǎn)品或廠商對(duì)信號(hào)的定義不同，增加了應(yīng)用的難度；NOR FLASH有專用的地址引腳來(lái)尋址，較容易與其他芯片進(jìn)行連接，另外還支持片上執(zhí)行XIP（eXecute In Place），應(yīng)用程序可以直接在FLASH內(nèi)部運(yùn)行，簡(jiǎn)化了產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
　?。?）可靠性。由于FLASH的電器特性，在讀／寫數(shù)據(jù)過程中，會(huì)產(chǎn)生比特位反轉(zhuǎn)，造成一位或幾位數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。NAND FLASH位反轉(zhuǎn)的幾率比NOR FLASH高，在使用時(shí)需要使用EDC／ECC算法。NANDFLASH還可能會(huì)隨機(jī)分布?jí)膲K。
　　（5）耐久性。FLASH由于寫入和擦除數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)的氧化降解，導(dǎo)致芯片老化，所以并不適合頻繁地擦寫，NAND FLASH的擦寫次數(shù)是100萬(wàn)次，而NOR FLASH只有10萬(wàn)次。
　　基于以上分析，為了滿足經(jīng)常性的進(jìn)行實(shí)時(shí)快速大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和較長(zhǎng)使用壽命的要求，采用NANDFLASH來(lái)存儲(chǔ)操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，其復(fù)雜操作、比特位反轉(zhuǎn)和壞塊等問題可以通過文件系統(tǒng)解決。NORFLASH因?yàn)槌霈F(xiàn)位反轉(zhuǎn)和壞塊的幾率小，并且讀取速度快，用來(lái)存儲(chǔ)啟動(dòng)程序，能保證正常啟動(dòng)系統(tǒng)的前提下提高設(shè)備反應(yīng)時(shí)間。整個(gè)系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間分配如圖1所示。
　　
　　整個(gè)系統(tǒng)存儲(chǔ)空間由SDRAM，NOR FLASH，NAND FLASH組成。其中，sDRAM分成程序空間（Prog Space）和數(shù)據(jù)空間（Data Space）。NORFLASH存儲(chǔ)系統(tǒng)啟動(dòng)程序U-Boot；NAND FLAsH分成程序空間（Prog Space）和數(shù)據(jù)空間（Data Space），程序空間中固化存儲(chǔ)Linux操作系統(tǒng)和YAFFS2文件系統(tǒng)及相應(yīng)的應(yīng)用程序，在U-Boot的控制下，通過頁(yè)傳輸方式讀入SDRAM程序空間中；數(shù)據(jù)空間中存儲(chǔ)來(lái)自前端的原始數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)在SDR-AM中打包，以頁(yè)方式將數(shù)據(jù)寫入NAND FLASH中，提高數(shù)據(jù)寫入速度。
　　對(duì)小頁(yè)NAND FLASH的文件系統(tǒng)支持已有比較多的編程實(shí)例可借鑒，而對(duì)本文使用的大頁(yè)NANDFLASH的編程支持還沒有完整的說明。因此，移植嵌入式操作系統(tǒng)，以建立對(duì)大頁(yè)NAND FLASH支持的文件系統(tǒng)是該存儲(chǔ)方案需解決的關(guān)鍵問題。