YAFFS2在嵌入式系統(tǒng)存儲方案設計

　　隨著嵌入式技術的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應用越來越廣泛，人們對于嵌入式系統(tǒng)功能的要求也越來越高，相應地其大容量數(shù)據(jù)存儲和管理變得越來越重要。相對硬盤而言，F(xiàn)LASH等非易失性存儲器具有體積小、功耗低、成本低、抗震強等優(yōu)點，已在嵌入式系統(tǒng)中被大量作為存儲設備使用，而大容量非易失數(shù)據(jù)存儲方案的應用還存在成本和軟件支持方面的問題需要克服。大頁NAND FLASH具有寫入速度快、容量大、成本低等優(yōu)點，適合于需要進行數(shù)據(jù)存儲的場合。YAFFS2作為專門支持大頁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。本文結合部隊應用實際，在嵌入式Linux系統(tǒng)中實現(xiàn)了大頁NAND FLASH和YAFFS2文件系統(tǒng)的結合，為裝備的數(shù)據(jù)存儲處理搭建起了小型的智能化平臺。本文內(nèi)容安排如下，首先介紹系統(tǒng)存儲方案特點和YAFFS2數(shù)據(jù)在大頁NAND FLASH上的儲存方式，然后詳細敘述系統(tǒng)移植和文件系統(tǒng)制作過程，最后對移植結果進行測試。
　　l 系統(tǒng)存儲方案設計
　　某國產(chǎn)化設備用于取代隨裝多臺套設備，除完成原設備的數(shù)據(jù)記錄功能外，還需進行數(shù)據(jù)翻譯、判讀，數(shù)據(jù)分析處理，二維顯示和三維動態(tài)復現(xiàn)等功能；同時，需存儲裝備長時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)需實時存儲，且數(shù)據(jù)存儲量大的特點。板上存儲設備包括SDRAM和FLASH，SDRAM為易失性存儲器，作為程序的運行空間和記錄數(shù)據(jù)的緩存空間；FLASH為非易失性存儲器，用于存儲系統(tǒng)軟件程序和記錄數(shù)據(jù)。
　　嵌入式系統(tǒng)中應用的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，可作為嵌入式設備的啟動設備，適合于代碼存儲。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。它們之間的主要差別有以下幾點。
　?。?）速度。在寫數(shù)據(jù)和擦除數(shù)據(jù)時，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，NAND FLASH要先向芯片發(fā)送地址信息進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)為單位進行的，直接讀取，所以讀取數(shù)據(jù)時，NOR FLASH效率更高。
　　（2）容量和成本。NOR FLASH的每個存儲單元與位線相連，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。
　?。?）易用性。NAND FLASH的I／O端口采用復用的數(shù)據(jù)線和地址線，必須先通過寄存器串行地進行數(shù)據(jù)存取，各個產(chǎn)品或廠商對信號的定義不同，增加了應用的難度；NOR FLASH有專用的地址引腳來尋址，較容易與其他芯片進行連接，另外還支持片上執(zhí)行XIP（eXecute In Place），應用程序可以直接在FLASH內(nèi)部運行，簡化了產(chǎn)品設計。
　?。?）可靠性。由于FLASH的電器特性，在讀／寫數(shù)據(jù)過程中，會產(chǎn)生比特位反轉，造成一位或幾位數(shù)據(jù)錯誤。NAND FLASH位反轉的幾率比NOR FLASH高，在使用時需要使用EDC／ECC算法。NANDFLASH還可能會隨機分布壞塊。
　　（5）耐久性。FLASH由于寫入和擦除數(shù)據(jù)時會導致介質的氧化降解，導致芯片老化，所以并不適合頻繁地擦寫，NAND FLASH的擦寫次數(shù)是100萬次，而NOR FLASH只有10萬次。
　　基于以上分析，為了滿足經(jīng)常性的進行實時快速大容量數(shù)據(jù)存儲和較長使用壽命的要求，采用NANDFLASH來存儲操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，其復雜操作、比特位反轉和壞塊等問題可以通過文件系統(tǒng)解決。NORFLASH因為出現(xiàn)位反轉和壞塊的幾率小，并且讀取速度快，用來存儲啟動程序，能保證正常啟動系統(tǒng)的前提下提高設備反應時間。整個系統(tǒng)的存儲空間分配如圖1所示。
　　
　　整個系統(tǒng)存儲空間由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存儲系統(tǒng)啟動程序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Linux操作系統(tǒng)和YAFFS2文件系統(tǒng)及相應的應用程序，在U-Boot的控制下，通過頁傳輸方式讀入SDRAM程序空間中；數(shù)據(jù)空間中存儲來自前端的原始數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)在SDR-AM中打包，以頁方式將數(shù)據(jù)寫入NAND FLASH中，提高數(shù)據(jù)寫入速度。
　　對小頁NAND FLASH的文件系統(tǒng)支持已有比較多的編程實例可借鑒，而對本文使用的大頁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)，以建立對大頁NAND FLASH支持的文件系統(tǒng)是該存儲方案需解決的關鍵問題。