摘要：本文首先給出了NandFlash的硬件特點，分析了Linux MTD層(Memow Technology Device)的特性，基于東南大學國家ASIC中心自主設計的嵌入式微處理器芯片SEP4020，給出了Linux下NandFlash驅動的詳細設計方案。實驗結果表明，基于這種驅動方案的NandFlash能進行有效的文件管理和穩(wěn)定、快速的讀寫功能，非常適合于嵌入式產品的應用。
關鍵詞：NandFlash；Linux；SEP4020微處理器
0 引言
NandFlash是一種非易失性的存儲介質，它以極高的存儲密度，快速的讀寫速度以及低廉的價格，成為在嵌入式領域應用極為廣泛的存儲介質。但同時NandFlash更大的存儲容量以及更復雜的硬件接口也為軟件的設計提出了更高的要求。為了有效地管理復雜的存儲硬件以及提供更可靠高效的存儲環(huán)境，文章給出了在嵌入式Linux下的NandFlash的驅動設計，利用嵌入式Linux系統(tǒng)的高效完善以及Linux MTD子系統(tǒng)的對存儲介質的高度兼容，大大提高了NandFlash的使用效率，并降低了驅動開發(fā)的難度。
本文以東南大學自主設計的東芯SEP4020微處理器的為基礎，分析NandFlash的內部結構和Linux MTD層的框架，并基于這些研究提出了NandFlash驅動的設計和實現。
1 NandFlash的硬件特點
NAND器件是基于I／O接口的，這點不同于NOR閃存，基于Bus的RAM接口。NAND芯片以頁為單位讀寫，以塊為單位擦除，通過多個引腳傳送命令地址數據，使用較復雜的I／O接口來控制。以本文使用的東芝TC58512FT(64MNand)為例，分為4096塊，每塊有32頁，每頁有512B的數據區(qū)+16B的OOB(out of band)區(qū)。(4096×32×512B=64MB)，均通過8跟IOM線串行控制，如圖l所示。
同時由于工藝限制，NAND閃存中允許存在壞塊。NAND閃存的每一頁有16B(頁長度512B)的OOB區(qū)用來存放ECC校驗數據，ECC有效標志，壞塊標志等。所有這些決定了于NAND的存儲系統(tǒng)設計需要處理不同于其它類型閃存特有問題。
2 MTD的NAND結構
Linux MTD層是Linux操作系統(tǒng)和存儲介質之間的一個適配層。MTD是Linux的一個子集，用來作為具體的硬件設備驅動和上層文件系統(tǒng)的橋梁。MTD層有兩個非常顯著的優(yōu)異點：
(1)簡化驅動的開發(fā)。設計基于MTD的驅動，所需要做的事情就是按照標準的公共接口函數的接口，根據微處理器NandFlash控制器的不同做適當的修改，而無需去理會字符(塊)設備驅動設計標準，因為所有這些復雜的與內核的交互接口機制mtd已經做好了，開發(fā)行的精力只需要集中在實現對物理設備的范圍控制。
(2)NandFlash使用環(huán)境的獨立性。上層應用只需要訪問mtd抽象層提供的字符設備方式或者塊設備方式來訪問mtd設備，因此具體驅動對于上層應用來說是具有獨立性的，即使底層驅動修改了，上層擁有也不需要改動。并且由于mtd抽象層，上層應用就可以避免直接對具體硬件操作，而是對mtd操作，這樣，這些應用就不是建立在某個具體的設備上，更好地實現了通用性和兼容性。
mtd抽象層用一個數組struct mtd_info*mtd_table[MAX_MTD_DEVICES]保存系統(tǒng)中所有的設備，mtd設備利用struct mtd_info這個結構來描述，該結構中描述了存儲設備的基本信息和具體操作所需要的內核函數，mtd系統(tǒng)的那個機制主要就是圍繞這個結構來實現的。
下面簡單介紹下這個結構：
3 基于SEP4020的NandFlash驅動的實現
SEP4020由東南大學國家專用集成電路系統(tǒng)工程技術研究中心設計，使用0．18μm標準CMOS的工藝設計，內嵌ARM720T內核，帶8kB指令數據Cache和全功能MMU，采用馮諾依曼結構的微處理。支持NandFlash的硬件ecc和軟件ecc，支持3級到5級地址，并提供512byte和2k bytes的頁支持(本文以3級地址，一頁為512byte為實現目標)。根據。NandFlash實際使用中大量操作均為對整頁的處理，本文利用片內dma搬運技術，提高對NandFlash的讀寫速度。
3．1 NandFlash讀函數的核心代碼
／／讀取數據，長度可能為528，512，16；但由于NandFlash的控制器只支持整頁的讀寫和／／oob區(qū)的讀，而這里發(fā)送的命令是讀取數據，所以要整頁讀，數據長度為528。
3．2 NandFlash寫函數的核心代碼
由于NandFlash本身只支持整頁的寫，而不支持直接對oob區(qū)的寫操作，而MTD上層需要對oob區(qū)進行一系列的操作，因此在對oob進行操作時需要先讀取該頁數據區(qū)，并將上層傳送的oob區(qū)數據一起組成一整頁，然后才能寫入NandFlash。
4 結束語
本文以NandFlash芯片的特點入手，分析了LinuxMTD層架構及優(yōu)點，給出了基于SEP4020微處理器的NandFlash驅動設計，并利用SEP4020內置的dma技術，提高了對NandFlash的讀寫速度。根據實驗表明，本文實現的NandFlash驅動提供的平均讀寫速度穩(wěn)定在250kB／s，這樣的速度在一般的嵌入式應用中已經足夠。