本文主要是关于SPI flash的相关介绍,并着重对SPI flash如何运行程序以及应用进行了详尽的阐述。
SPI flash
SPI一种通信接口。那么严格的来说SPI Flash是一种使用SPI通信的Flash,即,可能指NOR也可能是NAND。但现在大部分情况默认下人们说的SPI Flash指的是SPI NorFlash。早期Norflash的接口是parallel的形式,即把数据线和地址线并排与IC的管脚连接。但是后来发现不同容量的Norflash不能硬件上兼容(数据线和地址线的数量不一样),并且封装比较大,占用了较大的PCB板位置,所以后来逐渐被SPI(串行接口)Norflash所取代。同时不同容量的SPI Norflash管脚也兼容封装也更小。,至于现在很多人说起NOR flash直接都以SPI flash来代称。
NorFlash根据数据传输的位数可以分为并行(Parallel,即地址线和数据线直接和处理器相连)NorFlash和串行(SPI,即通过SPI接口和处理器相连)NorFlash;区别主要就是:1、SPI NorFlash每次传输一bit位的数据,parallel连接的NorFlash每次传输多个bit位的数据(有x8和x16bit两种); 2、SPI NorFlash比parallel便宜,接口简单点,但速度慢。
NandFlash是地址数据线复用的方式,接口标准统一(x8bit和x16bit),所以不同容量再兼容性上基本没什么问题。但是目前对产品的需求越来越小型化以及成本要求也越来越高,所以SPI NandFlash渐渐成为主流,并且采用SPI NANDFlash方案,主控也可以不需要传统NAND控制器,只需要有SPI接口接口操作访问,从而降低成本。另外SPI NandFlash封装比传统的封装也小很多,故节省了PCB板的空间。
SPI flash如何运行程序
上电后处理器要从地址0读取指令,根据启动方式将地址重映射后向总线发出请求并等待,spi flash控制器一位一位地给flash发命令发地址,再一位一位地读回数据,响应总线的请求。处理器要耐心等待,总线控制器会协调好的。等待是常有的事情,包括访问nand flash,包括访问ddr sdram。我感觉fpga的avalon总线时序有参考价值
SPI flash有哪些应用
NOR flash和Nand flash相比
NOR缺点: 价格贵, 容量小, 擦除块大, 擦除速度慢, NOR flash擦出寿命为100,000次, 远小于NAND flash的一百万次。 NOR可以单字节编程, 也就是说一次只更新一个byte
NOR优点: 读速度快, 稳定不会出现位反转, 不需要EDC和ECC, 不需要坏块管理
NOR flash通常一次可以写一个字节, NAND flash内存必须一次写多个字节(通常为512字节)
NOR flash的优缺点决定了它的应用场: 适合存储关键很少修改的数据, 比如bootloader kernel等代码;不适合尺寸较大经常修改的数据,比如用户地图, 库文件等
3 wire SPI
正常的SPI使用四根线: clock, cs, MOSI, MISO. 可以把MOSI MISO合并为一根线(slave out/slave in SISO)上实现半双工。 主要用来实现低速传输
DUAL SPI
对于SPI flash来说, 全双工并不常用, 因此扩展这两根数据线, 使得他们支持半双工传输, 加倍数据传输速度。 可以发送一个命令字节请求进入dual mode, 然后MOSI就变成了SIO0(Serial I/O 0), MISO变成了SIO1.
这种模式主要是针对SPI ROM, SPI flash设备, 需要进行大数据量传输
QUAD SPI
quad SPI又增加了两根I/O线(SIO2 SIO3), 可以在一个时钟周期传送四个data bits. 通过使用特殊的命令, 使能quad mode.
Double data rate
除了使用多根I/O线, 某些设备还通过DDR威廉希尔官方网站 增加传输速率
SPI NOR flash文件系统支持
NOR flash和普通机械硬盘, SSD, EMMC的最大区别就是NOR flash在写之前,需要确保写的位置是已经擦除过的, 因此并不适合使用传统的Ext2/3/4, FAT/NTFS等文件系统
甚至YAFFS类的文件系统也不适合NOR flash
JFFS和JFFS2
这两个文件系统都可以支持NOR flash, 并且提供了垃圾回收, 坏块管理, 磨损平衡。 二者都存在文件系统mount速度较慢的问题, 不适合大容量flash
YAFFS/YAFFS2
已经被踢出主线内核了, 基本废弃了。
Cramfs/Squashfs
常规的只读文件系统, 都支持数据压缩, 实现简单, 速度快, 如果NOR flash存放的文件系统是只读的, 尽量使用他们。 这些常规文件系统工作在传统块设备上, 需要内核支持
CONFIG_MTD_BLKDEVS=y
CONFIG_MTD_BLOCK=y
Ext2/3/4 FAT/NTFS
支持读写的块设备文件系统不适合工作用在NOR flash上, 因为NOR flash写操作会导致擦除操作, 速度慢, 影响寿命。
MTDinterwetten与威廉的赔率体系 block device
打开CONFIG_MTD_BLOCK和CONFIG_MTD_BLKDEVS
启动后/dev/下会增加几个block设备
root@devm:~# ls /dev/mtdmtd0 mtd1 mtd2 mtd3 mtdblock0 mtdblock2 mtd0ro mtd1ro mtd2ro mtd3ro mtdblock1 mtdblock3
使用mkfs.ext4, 格式化mtdblock,
root@evm:~# mkfs.ext4 /dev/mtdblock3mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)Filesystem label=OS type: LinuxBlock size=1024 (log=0)Fragment size=1024 (log=0)Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks1856 inodes, 7424 blocks371 blocks (5.00%) reserved for the super userFirst data block=1Maximum filesystem blocks=76021761 block group8192 blocks per group, 8192 fragments per group1856 inodes per group Allocating group tables: done Writing inode tables: done Creating journal (1024 blocks): doneWriting superblocks and filesystem accounting information: done
使用dd命令, 写入cramfs镜像
首先, 在Host创建cramefs镜像
mkfs.cramfs rootfs/ cramfs.img
dd命令导入镜像
root@evm:~# dd if=/dev/mtdblock3 of=cramfs.img 14848+0 records in14848+0 records outroot@evm:~# ls -l-rw-r--r-- 1 root root 7602176 Jan 1 00:24 kaka.imgroot@evm:~#
NOR flash使用JFFS2
NOR flash上运行JFFS2, JFFS2通过MTD接口操作NOR flash
创建JFFS2镜像
mkfs.jffs2工具在mtd-utils工具包中
sudo apt-get install mtd-utils mkfs.jffs2 -r rootfs/ -o jffs2.img --pad=0x800000
--pad=0x800000 如果不加这个参数, 生成的镜像尺寸(文件系统大小)是按照rootfs/小内容大小决定的;通过这个参数我们可以强制指定文件系统大小
烧写JFFS2镜像
有两种烧写方法:
1. 在uboot中把jffs2.img下载到DRAM中, 然后使用sf write命令把DRAM内容烧写到nor flash上
2. 进入系统后使用 dd if=jffs2.img of=/dev/mtdblock4
二者性质上实际相同, 都是直接把镜像烧到NOR flash某段内存中
挂载JFFS2文件系统
首先kernel要支持jffs2文件系统, 执行如下命令
mount -t jffs2 /dev/mtdblock4 /mnt
文件系统挂载速度
由于JFFS2在挂载过程中需要执行扫描, 构造文件系统, 因此在同样大小的mtdblock上, JFFS2挂载时间远大于EXT4文件系统
文件系统尺寸为0x740000(7.25MB)
Ext4挂载时间 root@evm:~# time mount -t ext4 /dev/mtdblock3 /mnt real 0m 0.06suser 0m 0.00ssys 0m 0.00s
JFFS2挂载时间 root@evm:~# time mount -t jffs2 /dev/mtdblock3 /mntreal 0m 0.34suser 0m 0.00ssys 0m 0.33s
结语
关于SPI flash的相关介绍就到这了,如有不足之处欢迎指正。
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