NandFlash管理系统

NandFlash管理系统

1.总则

本文件介绍了NANDFLASH管理系统的FLASH存储空间的划分，ECC数据纠错，坏块的处理，均匀存储算法，逻辑地址与物理地址转换实现的方案。文件的最后是代码的测试说明。

2.FLASH存储空间的划分

为实现FLASH坏块处理，把FLASH存储空间划分成两个区域，其中的FLASH空间的最前面的区称作保留区，另一个区称作数据区，位置位于保留区之后。其中，保留区的容量为FLASH 总容量的8%大小，比如说K9F1G08U0A总容量是128M，则保留区的容量为128M*8%= 10M(80个块)，保留区的功能是存放地址映射表和保留存储块的目的以备用于坏块处理替换。因此，在用户看来，实际可以用于存储数据的容量为128*92%=1178M，从U盘看来，也就是用户在操作系统下看到的磁盘存储容量。

3.FLASH块状态表格

FLASH块状态表格16的版本存放在FLASH0块，从PAGE0开始存放。FLASH块状态表格存放着整块FLASH所有块状态，它是根据第一次使用FLASH根据其制造厂商保留的坏块标记来建立的；每一个块的状态表示占用均为2个字节，定义如下表1所示：

FLASH值状态

0x0Block_BAD

0xfffe Block_OK

0xFFFC Block_Allocated

其它Block_Remaped_to

表1

1)0x0Block_BAD—以此代码为标记的块为坏块，FLASH管理系统应避免使用

2)0xfffe Block_OK—以此代码为标记的块为正常块，FLASH管理系统正常使用

3)Block_Allocated—此代码用于标识保留区内的块已被分配于替换数据区内的坏块

4)Block_Remaped_to—代码用于标识数据区内的坏块，而坏块已经被保留区内的坏块替换，

其值即为Remapped_to的块号。

块状态存放以Block0开始顺序存放在FLASH块状态表，以K9F1G08U0A为例，MaxBlockSize为1024，其FLASH块状态表的大小为1024*2=2048个字节，占用不到一个页。

4.NandFlash管理系统块映射方法的定义

NandFlash管理系统收到一个对逻辑块0的处理请求，首先将它转换成物理块号，物理块号=逻辑块0+保留区块数。得到了物理块号后，可以开始在FLASH块状态表中查找FLASH块的状态，而物理块状态有以下几种情况（如表1），对于各个可能的块的状态的分别处理如下：

1)0xfffe Block_OK---说明块为正常块，NandFlash管理系统可以使用

2)0x0Block_BAD----说明块为坏块，不能使用；NandFlash管理系统需要采用坏块替换

处理；坏块替换具体处理步骤，包括在保留区内找一个状态为Block_OK，且写块计数

器(参考8.均匀存储算法)最小的块；将找到块状态在FLASH块状态表中标记为Block

Allocated；将找到块号写入作为数据区块状态；最后，根据需把原块内所有数据移去

新块，最后使用这个块以后即可进行读写操作。

3)Block_Remaped_to----说明数据区的块已替换；则NandFlash管理系统可直接对块号作

为Block_Remaped_to替换块直接进行读写操作。

5.ECC数据纠错

FNandFlash管理系统ECC数据纠错使用1bit yaffs_ecc algorithm，yaffs_ecc algorithm一次可对256字节进行一次ecc计算，得到3个字节ecc码；一个SECTOR需要2次ecc计算，共需要6个字节FLASH空间存放ecc码。

6.page空间划分

以K9F1G08U0A为例，其page大小为2112个字节，一个Page一共可以存放4个Sectors，每个Sectors占用52个字节。第一个Sector offset0开始存放，offset2048开始存放ecc码，总计6个字节，最后12个字节用来为将来扩充使用；第2个Sector从offset512开始存放，以此类推。

7.FLASH块状态表---0块状态特殊定义

FLASH0块为正常块，因此，FLASH块状态表0块的状态字段可以用于特殊用途；NandFlash 的特性在写之前，必须将整块擦除。所以，用户在写page时，需要把page之内所在块其内所有数据整块进行保存，NandFlash管理系统使用了NandFlash提供Copy Back功能，将整块移到一个temp_block，以用于暂时保存page所在块。FLASH块状态表0块状态字即用于保存这个temp_block的块号，temp_block与数据区块使用同样的坏块替换处理方法。

0块的擦除保存块记录在block0page0的偏移0-1。数据块的擦除保存块记录在block0page62的偏移0-1，以上为针对16位的坏块表，32位的版本的记录的位置另行考虑。

Block0page63是写有55,55标记，表示新nandflash已经建立过坏块表格，系统每次上电都会去检查这个标记，看看是否要执行新的建表任务。

8.均匀存储

NandFlash管理系统对保留区块内使用均匀存储，其实现如下：

在保留区块page63偏移2109开始4个字节存放块写计数器，计数据器初始为值0,FLASH块状态表建立时进行设置。以后每次对一个块进入写入操作，块写计数器加1。当块写计数器达到1024时，该块将设置为Block_OK重新返回NandFlash管理系统，后在保留区内找一个写块计数器最小的块，重新映射给当前写入数据的地址逻辑，继续写入操作，从而实现了对保留区内数据块均匀存储，增加FLASH使用时间。

9.Sector上层读写函数

NandFlash管理系统提供给上层一个读写接口，包括读写Sector函数，一共2个，其原型定义参考如下：

1)Unsigned char read_flash_sector(u8*buf,u32sector_address);

2)Unsigned char write_flash_sector(u8*buf,u32sector_address);

a)其中Sector读函数read_flash_sector(u8*buf,u32sector_address);是不会产生坏块的，其

处理相对来说要简单一些，其处理过程叙述如下：首先可以根据sector_address计算出逻辑块号，再将逻辑块号转换为实际块号，参见<4.NandFlash管理系统块映射处理方法一般定义>，再从sector_address计算出页号和页内offset，即可读取Sector，进行ecc计算，以纠正1位错误。

b)Sector写函数write_flash_sector(u8*buf,u32sector_address);其处理比Sector读相对要复

杂，叙述如下：首先可以根据sector_address计算出逻辑块号，将逻辑块号转换成实际块号，参见<4.NandFlash管理系统块映射处理方法一般定义>，再从sector_address计算出页号和页内offset，对Sector计算ecc码，6个字节，一起写入NandFlash内，写完之后，还需要再读出确认写入数据与原数据是否一致，如果一致，Sector写即完成。如果写入失败，则继续尝试写入共计4次，仍失败，则当前物理块已坏，则使用坏块替换方法，将其替换。

注意，坏块内原数据需要移去替换块内；另外写sector之前，需要将sector所在块擦除整块，在因此在擦除之前，必须将实际块移去temp_block保存。

10.Code测试说明

1)代码目录树如下，主要是实现了一个FAT文件系统用于测试虚拟NANDFLASH的

flash_management代码的功能。

2)打开fat_filesystem.dsw，可直接编译生成代码测试可执行文件fat_filesystem.exe

3)编译时如果出现如下错误，请选择“工具”—“选项”—“目录”，并把当前目录加入到目录中。

4）编译成功生成可执行文件fat_filesystem.exe,可直接点击运行。首先其会自动在当前目录生成一个nand.bin的文件，其为nandflash虚拟文件nand.bin。其上会安排一些坏块，用于测试

flash_managemen的坏块替换功能。Nand.bin生成完成后，flash_management会对其自动格式化成FAT32文件系统，并打印出文件系统的容量和剩余空间。如下图所示：

5)按任意键继续，fat_filesystem.exe会在nandflash上建立一些文件和目录，详见main.c中的代码。并打印出CREATE_FOLDER_TEST目录下建立的文件。如下图所示：

6)按任意键继续，返回到根目录，并打印根目录下的文件和目录

7)再按任意键，fat_filesystem.exe会将readed.rar写入到nandflash上，直接盘写满或写最多500

个文件。

8）文件readed.rar写完后，fat_filesystem.exe会将nandflash的所有文件分离到当前目录下：

9)至些文件分离结束。请到OK目录下检查rar文件是否可以打开和正常解压缩。

10）用winhex查看nand.bin的坏块表，明显可以看出一些坏块已经过了坏块替换，说明程序运行正常，是没有问题的。