Nand-flash內(nèi)存是flash內(nèi)存的一種，其內(nèi)部采用非線性宏單元模式，為固態(tài)大容量內(nèi)存的實現(xiàn)提供了廉價有效的解決方案。Nand-flash存儲器具有容量較大，改寫速度快等優(yōu)點，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲，因而在業(yè)界得到了越來越廣泛的應用，如嵌入式產(chǎn)品中包括數(shù)碼相機、MP3隨身聽記憶卡、體積小巧的U盤等。文章給出了在嵌入式Linux下的NandFlash的驅(qū)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(zhì)的高度兼容，大大提高了NandFlash的使用效率，并降低了驅(qū)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(nèi)部結(jié)構(gòu)和Linux MTD層的框架，并基于這些研究提出了NandFlash驅(qū)動的設計和實現(xiàn)。

　　1 NandFlash的硬件特點

　　NAND閃存芯片NAND閃存是一種比硬盤驅(qū)動器更好的存儲方案，這在不超過4GB的低容量應用中表現(xiàn)得猶為明顯。隨著人們持續(xù)追求功耗更低、重量更輕和性能更佳的產(chǎn)品，NAND正被證明極具吸引力。NAND的效率較高，是因為NAND串中沒有金屬觸點。NAND閃存單元的大小比NOR要小（4F2:10F2）的原因，是NOR的每一個單元都需要獨立的金屬觸點。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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，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(jié)構(gòu)

　　MTD（memorytechnologydevice內(nèi)存技術設備）是用于訪問memory設備（ROM、flash）的Linux的子系統(tǒng)。MTD的主要目的是為了使新的memory設備的驅(qū)動更加簡單，為此它在硬件和上層之間提供了一個抽象的接口。MTD的所有源代碼在/drivers/mtd子目錄下。CFI接口的MTD設備分為四層（從設備節(jié)點直到底層硬件驅(qū)動），這四層從上到下依次是：設備節(jié)點、MTD設備層、MTD原始設備層和硬件驅(qū)動層。

　　Linux MTD層是Linux操作系統(tǒng)和存儲介質(zhì)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(qū)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(qū)動的開發(fā)。設計基于MTD的驅(qū)動，所需要做的事情就是按照標準的公共接口函數(shù)的接口，根據(jù)微處理器NandFlash控制器的不同做適當?shù)男薷模鵁o需去理會字符（塊）設備驅(qū)動設計標準，因為所有這些復雜的與內(nèi)核的交互接口機制mtd已經(jīng)做好了，開發(fā)行的精力只需要集中在實現(xiàn)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(qū)動對于上層應用來說是具有獨立性的，即使底層驅(qū)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(xiàn)了通用性和兼容性。

　　mtd抽象層用一個數(shù)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(jié)構(gòu)來描述，該結(jié)構(gòu)中描述了存儲設備的基本信息和具體操作所需要的內(nèi)核函數(shù)，mtd系統(tǒng)的那個機制主要就是圍繞這個結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的。

　　下面簡單介紹下這個結(jié)構(gòu)：

　　3 基于SEP4020的NandFlash驅(qū)動的實現(xiàn)

　　應對嵌入式處理器發(fā)展的趨勢以及市場對嵌入式微處理器芯片的需求逐漸增加。作為SOC芯片及解決方案的提供商，南京博芯電子技術有限公司日前發(fā)布了東芯IV+SEP4020嵌入式微處理器，該處理器面向交互式終端（InteractiveTerminal）類和控制類應用。它集成LCD控制器、MAC接口為一身，內(nèi)部還嵌入了EMI接口、DMA控制器、多通道定時器、大量的外部中斷。為用戶開發(fā)簡化了硬件和軟件設計，提供了豐富的接口。SEP4020使用0.18um標準CMOS的工藝設計，內(nèi)嵌ASIXCORE（32位RISC內(nèi)核，兼容ARM720T,帶8KB指令數(shù)據(jù)Cache和全功能MMU），采用馮諾依曼結(jié)構(gòu)。

　　3.1 NandFlash讀函數(shù)的代碼

　　//讀取數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)，所以要整頁讀，數(shù)據(jù)長度為528.

　　3.2 NandFlash寫函數(shù)的代碼

　　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(shù)據(jù)區(qū)，并將上層傳送的oob區(qū)數(shù)據(jù)一起組成一整頁，然后才能寫入NandFlash.

　　4 結(jié)束語

　　本文以NandFlash芯片的特點入手，分析了LinuxMTD層架構(gòu)及優(yōu)點，給出了基于SEP4020微處理器的NandFlash驅(qū)動設計，并利用SEP4020內(nèi)置的dma技術，提高了對NandFlash的讀寫速度。根據(jù)實驗表明，本文實現(xiàn)的NandFlash驅(qū)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(jīng)足夠。