NOR Flash讀寫原理及驅(qū)動(dòng)

本文主要是關(guān)于NOR Flash的相關(guān)介紹，并著重對(duì)NOR Flash讀寫原理及驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了詳盡的闡述。

NOR Flash

NOR Flash是現(xiàn)在市場(chǎng)上兩種主要的非易失閃存技術(shù)之一。Intel于1988年首先開發(fā)出NOR Flash 技術(shù)，徹底改變了原先由EPROM（Erasable Programmable Read-Only-Memory電可編程序只讀存儲(chǔ)器）和EEPROM（電可擦只讀存儲(chǔ)器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory）一統(tǒng)天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發(fā)表了NAND Flash 結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)降低每比特的成本，有更高的性能，并且像磁盤一樣可以通過接口輕松升級(jí)。NOR Flash 的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP ，eXecute In Place），這樣應(yīng)用程序可以直接在Flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR 的傳輸效率很高，在1~4MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響到它的性能。NAND的結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于Flash的管理需要特殊的系統(tǒng)接口。通常讀取NOR的速度比NAND稍快一些，而NAND的寫入速度比NOR快很多，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮這些情況?！?a target="_blank">ARM嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)從入門到精通》 李亞峰 歐文盛 等編著 清華大學(xué)出版社 P52 注釋 API Key

性能比較

flash閃存是非易失存儲(chǔ)器，可以對(duì)稱為塊的存儲(chǔ)器單元塊進(jìn)行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進(jìn)行，所以大多數(shù)情況下，在進(jìn)行寫入操作之前必須先執(zhí)行擦除。NAND器件執(zhí)行擦除操作是十分簡(jiǎn)單的，而NOR則要求在進(jìn)行擦除前先要將目標(biāo)塊內(nèi)所有的位都寫為0。

由于擦除NOR器件時(shí)是以64～128KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行一個(gè)寫入/擦除操作的時(shí)間為5s，與此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。

執(zhí)行擦除時(shí)塊尺寸的不同進(jìn)一步拉大了NOR和NAND之間的性能差距，統(tǒng)計(jì)表明，對(duì)于給定的一套寫入操作（尤其是更新小文件時(shí)），更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進(jìn)行。這樣，當(dāng)選擇存儲(chǔ)解決方案時(shí)，設(shè)計(jì)師必須權(quán)衡以下的各項(xiàng)因素。

l 、NOR的讀速度比NAND稍快一些。

2、 NAND的寫入速度比NOR快很多。

3 、NAND的4ms擦除速度遠(yuǎn)比NOR的5s快。

4 、大多數(shù)寫入操作需要先進(jìn)行擦除操作。

5 、NAND的擦除單元更小，相應(yīng)的擦除電路更少。

此外，NAND的實(shí)際應(yīng)用方式要比NOR復(fù)雜的多。NOR可以直接使用，并可在上面直接運(yùn)行代碼；而NAND需要I/O接口，因此使用時(shí)需要驅(qū)動(dòng)程序。不過當(dāng)今流行的操作系統(tǒng)對(duì)NAND結(jié)構(gòu)的Flash都有支持。此外，Linux內(nèi)核也提供了對(duì)NAND結(jié)構(gòu)的Flash的支持。

詳解

NOR和NAND是現(xiàn)在市場(chǎng)上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。Intel于1988年首先開發(fā)出NOR flash技術(shù)，徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統(tǒng)天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發(fā)表了NAND flash結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盤一樣可以通過接口輕松升級(jí)。但是經(jīng)過了十多年之后，仍然有相當(dāng)多的硬件工程師分不清NOR和NAND閃存。

像“flash存儲(chǔ)器”經(jīng)?？梢耘c相“NOR存儲(chǔ)器”互換使用。許多業(yè)內(nèi)人士也搞不清楚NAND閃存技術(shù)相對(duì)于NOR技術(shù)的優(yōu)越之處，因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下閃存只是用來存儲(chǔ)少量的代碼，這時(shí)NOR閃存更適合一些。而NAND則是高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度的理想解決方案。

NOR的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP， eXecute In Place），這樣應(yīng)用程序可以直接在flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。

NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于flash的管理需要特殊的系統(tǒng)接口。

接口差別

NOR flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引腳來尋址，可以很容易地存取其內(nèi)部的每一個(gè)字節(jié)。

NAND器件使用復(fù)雜的I/O口來串行地存取數(shù)據(jù)，各個(gè)產(chǎn)品或廠商的方法可能各不相同。8個(gè)引腳用來傳送控制、地址和數(shù)據(jù)信息。

NAND讀和寫操作采用512字節(jié)的塊，這一點(diǎn)有點(diǎn)像硬盤管理此類操作，很自然地，基于NAND的存儲(chǔ)器就可以取代硬盤或其他塊設(shè)備。

容量成本編輯

NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半，由于生產(chǎn)過程更為簡(jiǎn)單，NAND結(jié)構(gòu)可以在給定的模具尺寸內(nèi)提供更高的容量，也就相應(yīng)地降低了價(jià)格。

NOR flash占據(jù)了容量為1～16MB閃存市場(chǎng)的大部分，而NAND flash只是用在8～128MB的產(chǎn)品當(dāng)中，這也說明NOR主要應(yīng)用在代碼存儲(chǔ)介質(zhì)中，NAND適合于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC（多媒體存儲(chǔ)卡Multi Media Card）存儲(chǔ)卡市場(chǎng)上所占份額最大。

可靠耐用

采用flash介質(zhì)時(shí)一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的問題是可靠性。對(duì)于需要擴(kuò)展MTBF（平均故障間隔時(shí)間Mean Time Between Failures）的系統(tǒng)來說，F(xiàn)lash是非常合適的存儲(chǔ)方案?？梢詮膲勖陀眯裕?、位交換和壞塊處理三個(gè)方面來比較NOR和NAND的可靠性。

壽命（耐用性）

在NAND閃存中每個(gè)塊的最大擦寫次數(shù)是一百萬(wàn)次，而NOR的擦寫次數(shù)是十萬(wàn)次。NAND存儲(chǔ)器除了具有10比1的塊擦除周期優(yōu)勢(shì)，典型的NAND塊尺寸為NOR器件的八分之一，每個(gè)NAND存儲(chǔ)器塊在給定的時(shí)間內(nèi)的刪除次數(shù)要少一些。

NOR Flash讀寫原理及驅(qū)動(dòng)

一。原理

從原理圖中我們能看到NOR FLASH有地址線，有數(shù)據(jù)線，能向內(nèi)存一樣讀，不能向內(nèi)存一樣寫（要發(fā)出某些命令）。這也使得NOR的數(shù)據(jù)非常可靠，所以一般用來存儲(chǔ)bootloader。當(dāng)然現(xiàn)在手機(jī)上都只有nand flash了，節(jié)約成本嘛。下節(jié)我會(huì)帶大家去分析nand flash驅(qū)動(dòng)，并進(jìn)行總結(jié)。

二。驅(qū)動(dòng)程序

/*

* 參考 drivers\mtd\maps\physmap.c

*/

#include 《linux/module.h》

#include 《linux/types.h》

#include 《linux/kernel.h》

#include 《linux/init.h》

#include 《linux/slab.h》

#include 《linux/device.h》

#include 《linux/platform_device.h》

#include 《linux/mtd/mtd.h》

#include 《linux/mtd/map.h》

#include 《linux/mtd/partitions.h》

#include 《asm/io.h》

static struct map_info *s3c_nor_map;

static struct mtd_info *s3c_nor_mtd;

/*分區(qū)數(shù)組*/

static struct mtd_partition s3c_nor_parts［］ = {

［0］ = {

.name = “bootloader_nor”，

.size = 0x00040000，

.offset = 0，

}，

［1］ = {

.name = “root_nor”，

.offset = MTDPART_OFS_APPEND， //緊接著上一個(gè)

.size = MTDPART_SIZ_FULL， //到最后

}

};

static int s3c_nor_init（void） //入口函數(shù)

{

/* 1. 分配map_info結(jié)構(gòu)體 */

s3c_nor_map = kzalloc（sizeof（struct map_info）， GFP_KERNEL）;;

/* 2. 設(shè)置： 物理基地址（phys）， 大?。╯ize）， 位寬（bankwidth）， 虛擬基地址（virt） */

s3c_nor_map-》name = “s3c_nor”;

s3c_nor_map-》phys = 0; //物理地址

s3c_nor_map-》size = 0x1000000; /* 》= NOR的真正大小 */

s3c_nor_map-》bankwidth = 2; //位寬

s3c_nor_map-》virt = ioremap（s3c_nor_map-》phys， s3c_nor_map-》size）; //虛擬地址

simple_map_init（s3c_nor_map）; //簡(jiǎn)單初始化

/* 3. 使用： 調(diào)用NOR FLASH協(xié)議層提供的函數(shù)來識(shí)別 */

printk（“use cfi_probe\n”）;

s3c_nor_mtd = do_map_probe（“cfi_probe”， s3c_nor_map）;

/*如果沒識(shí)別就用jedec*/

if （！s3c_nor_mtd）

{

printk（“use jedec_probe\n”）;

s3c_nor_mtd = do_map_probe（“jedec_probe”， s3c_nor_map）;

}

/*如果仍然沒事別就釋放掉，返回錯(cuò)誤*/

if （！s3c_nor_mtd）

{

iounmap（s3c_nor_map-》virt）;

kfree（s3c_nor_map）;

return -EIO;

}

/* 4. add_mtd_partitions （添加分區(qū)）*/

add_mtd_partitions（s3c_nor_mtd， s3c_nor_parts， 2）;

return 0;

}

static void s3c_nor_exit（void） //出口函數(shù)

{

del_mtd_partitions（s3c_nor_mtd）;

iounmap（s3c_nor_map-》virt）;

kfree（s3c_nor_map）;

}

module_init（s3c_nor_init）;

module_exit（s3c_nor_exit）;

MODULE_LICENSE（“GPL”）;

三。驅(qū)動(dòng)分析

1. 分配map_info結(jié)構(gòu)體

2. 設(shè)置： 物理基地址（phys）， 大?。╯ize）， 位寬（bankwidth）， 虛擬基地址（virt）

3. 使用： 調(diào)用NOR FLASH協(xié)議層提供的函數(shù)來識(shí)別

4. add_mtd_partitions （添加分區(qū)）

其實(shí)我們的這個(gè)驅(qū)動(dòng)，主要把硬件上的差異性寫出來就可以了，大部分的工作內(nèi)核已經(jīng)幫我們做了。現(xiàn)在我主要來分析第三步。cfi和jedec，這里主要分析cfi

/*NOR FLASH識(shí)別過程*/

do_map_probe（“cfi_probe”， s3c_nor_map）;

drv = get_mtd_chip_driver（name）

ret = drv-》probe（map）; // cfi_probe.c

cfi_probe

mtd_do_chip_probe（map， &cfi_chip_probe）;

cfi = genprobe_ident_chips（map， cp）;

genprobe_new_chip（map， cp， &cfi）

cp-》probe_chip（map， 0， NULL， cfi）

cfi_probe_chip

// 進(jìn)入CFI模式

cfi_send_gen_cmd（0x98， 0x55， base， map， cfi， cfi-》device_type， NULL）;

// 看是否能讀出“QRY”

qry_present（map，base，cfi）

我們進(jìn)行的操作其實(shí)在協(xié)議層已經(jīng)幫我們寫好了，我們需要提供的其實(shí)就是硬件上的差異。因?yàn)樗械膎or都是支持這套協(xié)議的。

結(jié)語(yǔ)

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