來源：單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 作者：北京方岳科技有限公司 陳 峰 北京航天信息股份有限公司 君 寒摘要：以tri公司的基于nor flash的flash管理軟件fmm為例，詳細(xì)介紹嵌入式系統(tǒng)中如何根據(jù)flash的物理特性來進(jìn)行flash存儲(chǔ)管理。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng) flash fmm

引言在當(dāng)前數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的后pc（post-pc）時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地滲透到科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、軍事技術(shù)、各類產(chǎn)業(yè)和商業(yè)文件藝術(shù)、娛樂業(yè)以及人們的日常生活等方方面面中。隨著嵌入式系統(tǒng)越來越廣泛的應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)管理已經(jīng)成為一個(gè)重要的課題擺在設(shè)計(jì)人員面前。

flash存儲(chǔ)器作為一種安全、快速的存儲(chǔ)體，具有體積小、容量大、成本低、掉電數(shù)據(jù)不丟失等一系列優(yōu)點(diǎn)。目前已經(jīng)逐步取代其它半導(dǎo)體存儲(chǔ)元件，成為嵌入式系統(tǒng)中主要數(shù)據(jù)和程序載體。

作為嵌入式系統(tǒng)的一部分，flash存儲(chǔ)管理的主要功能是針對(duì)flash自身的物理特性，利用一些特定的算法來提高flash的使用效率，加快操作速度和管理flash各單元的使用頻率。

1 flash存儲(chǔ)器簡介嵌入式系統(tǒng)中使用的flash主要分為nor和nand兩種類型。這里我們以nor型flash為例進(jìn)行介紹。nor型flash主要特點(diǎn)如下：

*體積小、容量大，目前可以達(dá)到十幾mb。

*掉電數(shù)據(jù)不丟失，數(shù)據(jù)可以保存10～100年。

*有獨(dú)立的地址和數(shù)據(jù)總線，可以快速地通過總線讀取數(shù)據(jù)。因此它具有和靜態(tài)ram相同的讀取速度，既可以作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也可以作為程序存儲(chǔ)器使用。

*寫入操作必須通過指令序列來完成，以字節(jié)（byte）或字（word）為單位，每寫入一個(gè)byte或word需十幾μs。

*擦除也通過指令序列完成，以塊（block）為單位，通常塊的大小為64k。每擦除一個(gè)塊需要十幾ms。

*由于flash有一定的使用壽命，一般為10～100萬次。所以隨著使用次數(shù)的增加，會(huì)有一些單元逐漸變得不穩(wěn)定或失效，因此必須能夠?qū)ζ錉顟B(tài)加以識(shí)別。

2 flash存儲(chǔ)管理的作用由flash特點(diǎn)可以看出，操作flash需要注意以下幾點(diǎn)：

*必須以幾k～幾十k的塊為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)的操作；

*擦除操作耗時(shí)較多，應(yīng)減少擦除操作；

*盡量避免頻繁地對(duì)同一地址操作，以免造成局部單元提前損壞。

另外，大部分嵌入式操作系統(tǒng)所掛接的文件系統(tǒng)是建立在以扇區(qū)（sector）為單位的磁盤操作基礎(chǔ)上（通常為512字節(jié)/扇區(qū)）。因此也需要一段特殊的flash存儲(chǔ)管理程序來解決以扇區(qū)為單位的文件系統(tǒng)接口和以塊為單位的flash物理特性之間的矛盾；同時(shí)，完成各塊之間的擦寫次數(shù)均衡和壞塊管理等工作。flash存儲(chǔ)管理程序在系統(tǒng)中的位置如圖1所示。

本文以tri公司的fmm為例，說明flash存儲(chǔ)管理模塊和如何完成這些功能的。

3 fmm介紹

fmm（flash media manager）是由tri公司開發(fā)的專門針對(duì)nor型flash的管理軟件，其主要特點(diǎn)如下：

*動(dòng)態(tài)映射os的邏輯扇區(qū)到物理地址；

*所有物理塊進(jìn)行壽命均衡，同時(shí)可記錄flash的擦寫次數(shù)；

*掉電數(shù)據(jù)恢復(fù)，可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

創(chuàng)建壞塊表進(jìn)行壞塊管理，保證系統(tǒng)的可靠性。

為了更好地介紹fmm的操作流程，這里先作幾點(diǎn)說明。

（1）存儲(chǔ)空間管理

為了實(shí)現(xiàn)以扇區(qū)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)管理，fmm首先對(duì)flash中的塊內(nèi)存儲(chǔ)空間邏輯上進(jìn)行了重新定義，每個(gè)物理塊內(nèi)部又重新劃分成了若干物理扇區(qū)。每個(gè)物理塊內(nèi)部又重新劃分成了若干物理扇區(qū)。每個(gè)物理扇區(qū)由512+4字節(jié)=516（0x204）字節(jié)組成。512字節(jié)為有效數(shù)據(jù)空間，另外4字節(jié)（32位）用于存放邏輯扇區(qū)另和當(dāng)前狀態(tài)。定義如下：

扇區(qū)狀態(tài)

邏輯扇區(qū)號(hào)

數(shù)字空間

4位

28位

125字節(jié)扇區(qū)狀態(tài)有4種，用于進(jìn)行掉電數(shù)據(jù)恢復(fù)：

free—空扇區(qū)（0xf）；

dvalid—扇區(qū)數(shù)據(jù)無效（0xe）；

inuse—扇區(qū)數(shù)據(jù)有效（0xc）；

dirty—扇區(qū)數(shù)據(jù)無用，可擦除（0x8）。

以64k大小的塊為例，可以計(jì)算出每個(gè)塊中可以劃分出127個(gè)扇區(qū)；另外，還會(huì)有4字節(jié)的空間，專門用于標(biāo)志下一個(gè)被整理塊。標(biāo)記為0x80，否則為0xffffffff。

因此可以得出物理扇區(qū)和絕對(duì)地址之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

絕對(duì)地址=flash基地址+物理扇區(qū)號(hào)×0x204+所在塊號(hào)×4

（2）扇區(qū)分類

fmm中將扇區(qū)分為id扇區(qū)和數(shù)據(jù)扇區(qū)兩類：

①fmm會(huì)占用n個(gè)扇區(qū)作為標(biāo)識(shí)i