基于Flash的大容量高速數據記錄儀設計
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現今嵌入式存儲產品已滲透進人們生活工作中的方方面面，從ATM 機到手持通訊設備。社會對嵌入式產品的性能也有越來越高的要求：大容量，高速度，斷電保護，體積限制等等。當前數據記錄儀的容量和速度普遍偏小。本文旨在研究一種的數據存儲容量達512MB 高速數據記錄儀,它可以用于多路信號采集系統(tǒng)中。重點研究在嵌入式linux 系統(tǒng)平臺的架構下基于NandFlash 的存儲技術。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/149698.htm引言
FLASH 是一種不揮發(fā)性內存，在無電流供應的條件下也能夠長久地保持數據，相對于傳統(tǒng)的存儲介質具有無可比擬的優(yōu)勢。目前主要的閃存分為兩類：Intel 首先開發(fā)的NOR flash 和東芝發(fā)布的NandFlash。
Nor Flash 的特點是芯片內執(zhí)行。應用程序可以直接在閃存內運行。不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM 中。NOR 的傳輸效率很高,但是寫入和擦除速度很低。Nandflash 存儲單元的讀寫是以頁和塊為單位來進行，這種結構最大的優(yōu)點在于容量可以做得很大，NAND 閃存的成本較低，有利于大規(guī)模普及。主要功能是存儲資料。故而現在碼相機閃存卡和MP3 播放器中存儲設備幾乎全部是NandFlash?，F在大部分的嵌入式設備廠商出于成本的考慮都選擇了NandFlash 作為存儲設備。這樣增加了軟件設計的復雜度，降低了系統(tǒng)效率而且也限制了Flash 容量。
結合兩類閃存的優(yōu)缺點，本文中我們選擇NandFlash 作為數據記錄儀上午數據存儲器，norflash 作為數據記錄儀的程序存儲器。
圖 1：系統(tǒng)整體結構圖圖
圖 2：系統(tǒng)應用軟件流程
數據記錄儀設計整體包括兩塊，其部分是數據采集模塊一部分是數據存儲模塊，用TLC2578 芯片來實現數據采集AD 轉換，系統(tǒng)的調度核心是ARM 處理器，在這里使用S3c2440，ARM 主要負責核心處理和控制。存儲器負責程序和數據的存儲，其中Nand FLASH 存儲數據文件，Nor Flash 負責存儲bootloader,操作系統(tǒng)內核和文件系統(tǒng)，SDRAM 存儲系統(tǒng)運行時的程序和數據，ARM 通過GPIO 連接相關繼電器、觸發(fā)設備、輸出電壓控制設備、以及特定設備采樣A／D 并進行驅動。
S3C2440 是三星公司的ARM920T 的ARM 控制器：支持32 b 的高速AMBA 總線接口；帶有MMU，可以進行Linux 操作系統(tǒng)的移植；支持大頁NAND 閃存控制器。NandFlash 芯片選用K9F4G08U0M，這是Samsung 生產的512 MB 的NAND Flash 存儲器。內部存儲結構為(2K+64)字節(jié)×32 頁×4 096 塊,NAND Flash 接口信號比較少，數據線寬度只有8bit，CLE 和ALE 兩個引腳信號用來區(qū)分總線上的數據類型，沒有地址總線。Nor Flash 采用16MX16 位的E28F128J3A，NORFlash 接口與系統(tǒng)總路線完全匹配，16 個數據輸入輸出引腳，可以連接在系統(tǒng)總線上。NORFlash 有三個芯片片選引腳信號，選用
作為片選信號，與處理器
引腳相連。BYTE接高電平，表示Flash 在16 位數據傳輸模式下。
系統(tǒng)軟件組成
本系統(tǒng)的軟件部分包括應用程序和系統(tǒng)程序，應用程序主要是 AD 采集和讀寫Flash，見圖2，而系統(tǒng)程序就是應用程序工作的軟件平臺。它由以下部分組成：系統(tǒng)引導程序、嵌入式操作系統(tǒng)linux 內核、文件系統(tǒng)。
系統(tǒng)引導程序負責將操作系統(tǒng)內核固化到Flash 中和系統(tǒng)初始化工作，然后將系統(tǒng)控制權交給操作系統(tǒng)。在本文里我們使用uboot 作為系統(tǒng)引導程序。嵌入式操作系統(tǒng)內核是嵌入式系統(tǒng)加電運行后的管理平臺，負責實時性任務和多任務的管理,這里選擇嵌入式linux 內核。
文件系統(tǒng)是對一個存儲設備上的數據和元數據進行組織的機制。Linux 文件系統(tǒng)接口實現為分層的體系結構，從而將用戶接口層、文件系統(tǒng)實現和操作存儲設備的驅動程序分隔開。JFFS2 是專門針對嵌入式系統(tǒng)中的Flash 存儲器的特性而設計的一種日志文件系統(tǒng)。YAFFS2 支持大頁面的NAND 設備，并且對大頁面的NAND 設備做了優(yōu)化。
軟件平臺固化在Nor Flash 中。根據軟件平臺的內容 對Nor Flash 的地址空間進行分區(qū)，這里分三個區(qū)，分別存放bootloader、Linux 內核和文件系統(tǒng)。
NandFlash 驅動設計
NandFlash 驅動程序框架
按照 linux 下驅動編寫規(guī)范編寫nand flash 驅動，其實主要工作就是實現下面這個結構體中的函數。
s3c2440_nand_drive 這個結構體用于向內核注冊Nand Flash 設備，它會被platform_driver_register 函數調用到。其中s3c2440_nand_probe 是最重要的，它完成對nand 設備的探測。
Nand_scan 是在初始化nand 的時候對nand 進行的一步非常好重要的操作，在nand_scan 中會對我們所寫的關于特定芯片的讀寫函數重載到nand_chip 結構中去，并會將mtd_info 結構體中的函數用nand 的函數來重載，實現了mtd 到底層驅動的聯系。并且在nand_scan 函數中會通過讀取nand 芯片的設備號和廠家號自動在芯片列表中尋找相應的型號和參數，并將其注冊進去。
NandFlash 讀頁操作函數
NandFlash 讀數據操作以頁為單位,讀數據首先寫入讀數據命令00H（如圖3）,然后輸入要讀取頁的地址,接著從數據寄存器中讀取數據,最后進行ECC 校驗。
NandFlash 寫操作
寫操作其實就是對頁進行編程命令。見圖4，首先寫入80h 開始編程模式，接下來寫入地址和數據; 最后寫入10h 表示編程結束。程序如下：
圖3：讀NandFlash 流程 圖4： 寫NandFlash 流程 NAND Flash 塊擦除 本論文所用到的Nand Flash 的塊大小是32X(2k+64)Byte,整塊擦除。命令代碼流程：首先寫入60h 進入擦寫模式，然后輸入塊地址，接下來寫入D0h, 表示擦寫結束。 測試結果 在測試 Nand Flash 的讀寫速度時，我們通過TFTP 將數據下載到RAM 中，Nand Flash 進行讀、編程、擦寫測試。這樣可以比較真實的測試Nand Flash 的讀寫速度，測試結果表明從NandFlash 讀4MBbytes 的數據所用的時間是3886ms,向Nand Flash 寫4Mbytes 數據所用的時間是14026ms,擦除NandFlash 中的4MByte 需要的時間是6 毫秒。這個速度還是比較理想的，完成對32 路AD 采集過來數據的實時存儲是足夠的。而且512MByte 的數據存儲空間對于數據記錄儀而言是一個非常大的容量。 結論 測試結果表明數據記錄儀存儲速度是比較理想的，完成對AD 采集過來數據的實時存儲是足夠的。而且512MByte 的數據存儲空間對于數據記錄儀而言是一個非常大的容量。
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