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0 引 言
目前，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)也得到飛速的發(fā)展，產(chǎn)生了很多新技術(shù)。但就計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)來說，還是基本采用了馮·諾依曼結(jié)構(gòu)。然而馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的一個中心點(diǎn)就是存儲一控制，所以存儲器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用是非常重要的。嵌入式計(jì)算機(jī)作為計(jì)算機(jī)中的一個類別，對執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性都有較強(qiáng)的要求，這也決定了嵌入式系統(tǒng)不僅要有實(shí)時性很強(qiáng)的操作系統(tǒng)，同時也需要一種安全、快速的存儲設(shè)備。同時，嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常會涉及到海量數(shù)據(jù)的存儲，這就要求存儲設(shè)備必須具有可靠性高，功耗低，容量大，掉電數(shù)據(jù)不丟失等特點(diǎn)，而NADN FLASH芯片正好具有這些優(yōu)點(diǎn)。
VxWorks是嵌入式領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的最有特色的高性能實(shí)時操作系統(tǒng)之一。它以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時性，被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通信、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等。
目前，在VxWorks實(shí)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(shí)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(shí)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(dāng)A12為0時，A10～A0確定對每頁中2 KP；數(shù)據(jù)的訪問；當(dāng)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(jìn)行讀寫)，為了將其標(biāo)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(shè)計(jì)人員要確保在對該芯片進(jìn)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(jìn)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(shè)計(jì)為5個周期進(jìn)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(guān)的命令字，然后送地址，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)，最后送確認(rèn)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(jìn)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(xì)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(biāo)較高的嵌入式CPU芯片，其主頻可以達(dá)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(diǎn)運(yùn)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(shè)計(jì)人員提供兩種實(shí)現(xiàn)時序的方法：硬件實(shí)現(xiàn)，軟件實(shí)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(yīng)的讀／寫操作就可以產(chǎn)生相應(yīng)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(xiàn)／O0上，同時置CLE為有效狀態(tài)。而軟件實(shí)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(yīng)的bit寫1或者0，使得對應(yīng)的控制信號為高電平或者低電平。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)自己的情況，選擇實(shí)現(xiàn)方法。這里推薦采用硬件實(shí)現(xiàn)的方法。不過，在有問題時，可采用軟件實(shí)現(xiàn)的方法來進(jìn)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(shí)現(xiàn)FLASH塊設(shè)備的接口。通過使用TFFS，應(yīng)用程序?qū)LASH的讀寫就像對擁有MS-DOS文件系統(tǒng)的磁盤設(shè)備操作一樣。對于上層設(shè)計(jì)人員，TFFS屏蔽了底層多種多樣FLASH設(shè)備的具體細(xì)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(jìn)入過度編程狀態(tài)等)，TFFS采用虛擬塊、
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