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适用于无文件系统环境下的N OR Flash 管理方法介绍

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资料介绍

　1 引言
　　嵌入式系统中通常都需要存放一些非易失性数据，并且数据量的大小和数据类型根据不同系统需求差异很大。因此选取合适的存储器是完成数据存储系统的第一步，更重要的是使存储系统长期稳定、高效的工作，这就必须寻求一个完备的存储器数据管理方法［ 1］。本文介绍了一种适用于无文件系统环境下的N OR Flash 管理方法，采用分块管理和状态转换的方法使得Flash 的使用效率和操作可靠性得到大大提高。
　　2 NOR Flash 存储器及其特性
　　NOR Flash 和NAND Flash 是目前市场上两种主要的Flash 存储器。一般在非海量存储型的嵌入式设备中都是直接采用NOR Flash 作为程序代码和非易失性数据的存储器，这主要是由NORFlash 的特点所决定的。NOR Flash 的特点如下：
　　1）存储容量较小，一般在1~ 16MByte 之间。
　　2）具有和SRAM 相同的接口，随机读取速度快，可以做到芯片内执行（ XIP）［ 2］。
　　3）存储单元只能由1 写成0，因此进行写操作前必须先进行擦除操作，使对应的单元变成1。
　　4）器件有一定的使用寿命，一般为10~ 100 万次。随着使用次数的增加，可能有的单元会失效。但是NOR Flash 出厂时器件的每个单元都有效。NOR Flash 的众多特性使得它成为嵌入式系统设计中首选的存储器器件。由于NOR Flash 的擦除操作都是以块为单位的，并且不同种类的NOR Flash 器件所支持的擦除单位可能不一样，但是每种NOR Flash 器件都支持64KB 为单位的擦除［ 3~ 4］，因此后面介绍的分块管理方法将以64KB为块基本单位，从而解决分块管理方法在不同种类NOR Flash 器件上实现时所出现的数据备份问题。
　　3 NOR Flash 分块管理方法
　　为了均衡每个Flash 分块的使用次数，提高整个存储器件的使用寿命，对Flash 采用分块管理的方法［ 5］。以64KB 为单位，将系统分配用作非易失性数据区域进行分块操作，其中每个分块又分成16 字节的头部信息与数据区域。分块示意图如图1 所示。
　　适用于无文件系统环境下的N OR Flash 管理方法介绍

　　图1 分块示意图
　　正是利用分块的头部信息，进行擦除次数均衡与分块状态的切换。对于头部几个主要字段的定义如下：
　　1） Block_Flag （ 8bit）：用于标志分块的状态，总共有BF _NOT _ INIT （ 0xFF）、BF _FREE （ 0xFE）、BF_COPYING_ DATA （ 0xFC ）、BF _ COPY _ FINISHED（0xF8）、BF_INUSE（ 0xF0）、BF_SRC_DATA （ 0xE0）、BF_ERASING（ 0xC0）、BF_INVALID（0x00） 8 种状态。
　　2） Blo ck _ Data _ T ype （ 8bit ）和Blo ck _ Data _Ty pe_Ext （ 8bit ）：分别表示该分块存储的数据类型和子类型，这两个字段都由应用程序所存储的数据类型决定。例如学生信息的存储，可能的一种存储方法是一个分块存储学生的学号信息，而其它几个分块存储学生的具体信息，这时它们的数据类型一样，但是子类型却不一样。
　　3） Block_Erase_Counter（ 32bit ）：该字段用来动态记录每个分块的擦除次数，从而方便应用程序对Flash 分块的使用次数进行均衡。
　　4） Next_Off set （ 16bit ）：该字段为将来扩展之用，用来将64K 的分块空间进一步细化，使得将来1 个64K 空间内可以存储不同类型的数据。