GD32 FATFS+FTL Nand解決方案

1. 方案簡介

Nand flash有非易失、存儲(chǔ)容量大、壽命長等優(yōu)點(diǎn);同時(shí)具有存在壞塊、擦除次數(shù)有限、易出現(xiàn)error bit的缺點(diǎn);并且具有擦除以block(塊)為單位，寫入以page(頁)為單位，讀取以sector(512 byte)為單位的特點(diǎn)。

基于上述原因，對(duì)Nand flash的應(yīng)用不僅要避免壞塊、均衡塊擦除次數(shù)、糾正error bit，而且需要按照其讀寫擦的特點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)用。若沒有一套管理軟件針對(duì)nand的特性，則對(duì)其應(yīng)用將非常困難。

FTL(Flash Transform Layer)是基于nand flash的管理算法軟件，可解決上述提出的所有問題，將Nand flash模擬成如。

▲ FTL軟件架構(gòu)圖

2. 功能描述

FTL(Flash Transform Layer)是基于nand flash的管理算法軟件，具有地址映射管理，垃圾回收，壞塊管理和磨損均衡等功能。

? 地址映射：上層應(yīng)用使用邏輯地址來訪問，F(xiàn)TL把邏輯地址映射到不同物理地址上，管理著每個(gè)邏輯地址最新的數(shù)據(jù)存放的物理位置。

? 垃圾回收：隨著數(shù)據(jù)的寫入，閃存設(shè)備上有些塊的部分?jǐn)?shù)據(jù)已經(jīng)無效了，需要把有效的數(shù)據(jù)從塊上搬走，然后擦除用來接收新的數(shù)據(jù)。

? 磨損均衡：因?yàn)槊總€(gè)塊的P/E次數(shù)是有限的，某些塊可能被重復(fù)使用而損壞了，而有些塊數(shù)據(jù)很少被訪問，所以一直沒有進(jìn)行操作過。為了避免這種情況，F(xiàn)TL加入磨損均衡的功能，大致是通過控制垃圾回收和空塊池的管理，從而平衡每個(gè)塊的使用次數(shù)。

? 壞塊管理：由于Flash本身就存在部分壞塊，在使用的過程中部分塊會(huì)變壞，所以FTL在管理的時(shí)候需要避開這些無用塊，把使用后變得不穩(wěn)定塊上的數(shù)據(jù)及時(shí)拷貝到穩(wěn)定位置。

BCH軟件實(shí)現(xiàn)error bit錯(cuò)誤檢查和糾正功能，對(duì)于Nand flash本身不帶ECC “Error Correcting Code”功能的方案中是不可或缺的。BCH軟件對(duì)用戶寫入flash的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，當(dāng)用戶讀取寫入flash的數(shù)據(jù)時(shí)，按照編碼規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，當(dāng)發(fā)現(xiàn)error bit時(shí)，對(duì)error bit進(jìn)行糾正，保證數(shù)據(jù)可靠性。

3. 主要特性

相對(duì)于目前存在的Nand flash管理軟件方案，F(xiàn)TL具有讀寫速度快、內(nèi)存消耗小、擦除塊磨損均衡好的特點(diǎn)。

A) FTL方案在相同平臺(tái)下(GD32F450+SPI2G顆粒)與YAFFS嵌入式文件系統(tǒng)分別做性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下:

B) FTL方案在相同平臺(tái)下(GD32F450+SPI2G顆粒)與YAFFS嵌入式文件系統(tǒng)分別做內(nèi)存消耗統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：

C) FTL方案在相同平臺(tái)下(GD32F450+SPI2G顆粒)與YAFFS嵌入式文件系統(tǒng)分別做磨損均衡測(cè)試，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：(注：block 1023為壞塊)

4. 開發(fā)資料

推薦用于功能評(píng)估的開發(fā)板型號(hào)為GD32450i-EVAL和GD32303E-EVAL，支持SPI/EXMC兩種接口nand flash。

我們可提供評(píng)估套件、用戶指南、硬件原理圖、軟件代碼等整套的開發(fā)資料，請(qǐng)聯(lián)系您當(dāng)?shù)氐腉igaDevice銷售辦事處或GD32授權(quán)代理商獲取。

5. 典型應(yīng)用

對(duì)于一些要求存儲(chǔ)容量較高的使用場(chǎng)景，F(xiàn)TL使用尤為突出。如圖片、音頻、視頻的保存、重要信息的保存等。

工業(yè)領(lǐng)域，如電表、水表信息的存儲(chǔ);汽車電子領(lǐng)域，如設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息存儲(chǔ);消費(fèi)電子領(lǐng)域，如攝像監(jiān)控視頻、圖片存儲(chǔ)。

審核編輯：湯梓紅