Windows CE.NET下YAFFS文件系统NAND Flash驱动程序设计

摘要 嵌入式系统中NAND文件系统的实现方式直接关系到NAND芯片的使用寿命。本文首先介绍了YAFFS文件系统的特点及其在Windows 环境下NAND Flash接口层的要求,其次介绍了SAMSUNG公司的K9K8G08U0A NAND Flash的相关技术规格,并给出了其块设备驱动程序的部分程序代码。

关键词Windows CE;YAFFS;NAND;驱动开发

中图分类号 TP311.1文献标识码A文章编号 1674-6708(2009)05-0054-02

0 引言

Windows CE是微软公司设计的嵌入式操作系统,具有系统体积小、界面友好、可扩展、应用程序开发上手快等特点,目前,在手持式测量设备领域的应用越来越多。手持式振动信号测量仪是一种电池供电、便于现场或野外携带和使用的测量设备,主要功能是对振动信号进行实时连续的采集、显示、分析、处理和存储。

1 YAFFS文件系统简介

YAFFS是一种类似于JFFS/JFFS2的专为NAND Flash设计的嵌入式文件系统,适用于大容量的存储设备。和JFFS相比,YAFFS减少了一些功能,但是速度更快、占用的内存更少、NAND Flash的使用寿命也更长。YAFFS文件系统采用层次结构设计,可分为三层:文件系统管理接口层、YAFFS内部实现层和NAND Flash接口层。

2 YAFFS NAND Flash接口层

YAFFS NAND Flash接口层的主要功能就是为文件系统管理接口层、YAFFS内部实现层提供一个与具体NAND Flash硬件无关的访问服务,提高了代码的可移植性和通用性。在对NAND Flash接口层相关代码进行深入的分析后,我们发现为了使YAFFS能够对NAND Flash进行访问,必须为NAND Flash提供一个块设备驱动程序。与NAND Flash物理访问相关的代码全部由其实现,而YAFFS则是通过给该设备驱动程序发送IOControl请求来实现对NAND Flash的读、写、擦除等具体操作,具体来说,主要有以下几个操作请求:

1)IOCTL_DISK_NAND_INIT 功能是命令NAND Flash驱动程序对Flash芯片进行初始化。

2) IOCTL_DISK_NAND_GETSIZE 功能是获取NAND Flash的存储容量(磁盘空间)。

3) IOCTL_DISK_NAND_GETNAME 功能是获取设备在Windows CE中显示的文件夹名称。

4) IOCTL_DISK_NAND_GETPARTITIONS 功能是获取NAND Flash中的分区表。

5) IOCTL_DISK_NAND_WRITE 功能是将缓冲区中的数据写到NAND Flash中的指定页中。

6) IOCTL_DISK_NAND_READ 功能是读取指定的页的数据。

7) IOCTL_DISK_NAND_ERASE 功能是从NAND Flash中的指定块擦除。

3 Samsung K9K8G08U0A Flash

目前,在嵌入式系统领域广泛使用的Flash主要有两种:一种是采用NOR技术的NOR Flash,另一种是采用NAND技术的NAND Flash。这里重点介绍一下NAND Flash,首先,从内部存储器的组织形式上看,NAND Flash的内部可分为若干个块,块又分为页,页而由数据存储区和备用区两部分组成;其次,NAND Flash不能按照字节进行访问,而是以页为单位进行读、写,以块为单位进行擦除;第三,NAND Flash的地址、数据、命令端口复用,读、写、擦除等操作都是相应的命令来完成的。

SAMSUNG的K9K8G08U0A NAND Flash内部共有8192个块,每个块有64个页,每页包含2048字节的存储空间和64字节的备用空间,总容量为1G字节。K9K8G08U0A的以页为单位进行读和写,以块为单位擦除,其典型的随机页读时间为25us、顺序页读时间为25ns、页写时间为200us、块擦除时间为1.5ms。

4 K9K8G08U0A块设备驱动程序的实现

Windows 环境下的块设备驱动程序一般都实现为流接口驱动的形式,即流接口驱动需要的XXX_Close、XXX_Deinit、XXX_Init、XXX_IOControl、XXX_Open、XXX_PowerDown、XXX_PowerUp、XXX_Read、XXX_Seek 、XXX_Write都要实现,XXX表示设备名前缀,这里可以是“DSK”。由于YAFFS的NAND Flash接口主要是通过IOControl的形式实现的,所以,相应的与K9K8G08U0A读、写、擦除等操作相关代码也都在DSK_IOControl函数内实现。下面给出DSK_IOControl的部分程序代码:

DSK_IOControl的部分程序代码如下:

BOOL DSK_IOControl(……)

{

…

switch (dwIoControlCode)

{

…

case IOCTL_DISK_NAND_WRITE:

NandRePage(pDisk,pBufData,pBufSpare,ifData->chunk);break;

case IOCTL_DISK_NAND_READ:

NandReadPage(pDisk,pBufData,pBufSpare,ifData->chunk);break;

case IOCTL_DISK_NAND_ERASE:

NandEraseBlock(pDisk,*BlockNumber);break;

…

}

}

具体的读、写、擦除等操作分别由NandReadPage、NandWritePage、NandEraseBlock三个函数按照Samsung公司K9K8G08U0A的时序规范来实现。

5 结论

本文在深入研究YAFFS文件系统的NAND Flash接口后,给出了Windows 环境下Samsung的K9K8G08U0A NAND Flash块设备驱动的实现方法,并给出了关键程序代码。

本文创新点在于以手持式振动信号测量仪为背景,给出了Windows 环境下YAFFS文件系统NAND Flash块驱动程序的一种实现方法。