1 引言

嵌入式系統中通常都需要存放一些非易失性數據， 并且數據量的大小和數據類型根據不同系統需求差異很大。因此選取合適的存儲器是完成數據存儲系統的第一步， 更重要的是使存儲系統長期穩定、高效的工作， 這就必須尋求一個完備的存儲器數據管理方法［ 1］ 。本文介紹了一種適用于無文件系統環境下的N OR Flash 管理方法， 采用分塊管理和狀態轉換的方法使得Flash 的使用效率和操作可靠性得到大大提高。

2 NOR Flash 存儲器及其特性

NOR Flash 和NAND Flash 是目前市場上兩種主要的Flash 存儲器。一般在非海量存儲型的嵌入式設備中都是直接采用NOR Flash 作為程序代碼和非易失性數據的存儲器， 這主要是由NORFlash 的特點所決定的。NOR Flash 的特點如下：

1） 存儲容量較小， 一般在1~ 16MByte 之間。

2） 具有和SRAM 相同的接口， 隨機讀取速度快， 可以做到芯片內執行（ XIP） ［ 2］ 。

3） 存儲單元只能由1 寫成0， 因此進行寫操作前必須先進行擦除操作， 使對應的單元變成1。

4） 器件有一定的使用壽命， 一般為10~ 100 萬次。隨著使用次數的增加， 可能有的單元會失效。但是NOR Flash 出廠時器件的每個單元都有效。NOR Flash 的眾多特性使得它成為嵌入式系統設計中首選的存儲器器件。由于NOR Flash 的擦除操作都是以塊為單位的， 并且不同種類的NOR Flash 器件所支持的擦除單位可能不一樣， 但是每種NOR Flash 器件都支持64KB 為單位的擦除［ 3~ 4］ ， 因此后面介紹的分塊管理方法將以64KB為塊基本單位， 從而解決分塊管理方法在不同種類NOR Flash 器件上實現時所出現的數據備份問題。

3 NOR Flash 分塊管理方法

為了均衡每個Flash 分塊的使用次數， 提高整個存儲器件的使用壽命， 對Flash 采用分塊管理的方法［ 5］ 。以64KB 為單位， 將系統分配用作非易失性數據區域進行分塊操作， 其中每個分塊又分成16 字節的頭部信息與數據區域。分塊示意圖如圖1 所示。

圖1 分塊示意圖

正是利用分塊的頭部信息， 進行擦除次數均衡與分塊狀態的切換。對于頭部幾個主要字段的定義如下：

1） Block_Flag （ 8bit） ： 用于標志分塊的狀態， 總共有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 種狀態。

2） Blo ck _ Data _ T ype （ 8bit ） 和Blo ck _ Data _Ty pe_Ext （ 8bit ） ： 分別表示該分塊存儲的數據類型和子類型， 這兩個字段都由應用程序所存儲的數據類型決定。例如學生信息的存儲， 可能的一種存儲方法是一個分塊存儲學生的學號信息， 而其它幾個分塊存儲學生的具體信息， 這時它們的數據類型一樣， 但是子類型卻不一樣。

3） Block_Erase_Counter（ 32bit ） ： 該字段用來動態記錄每個分塊的擦除次數， 從而方便應用程序對Flash 分塊的使用次數進行均衡。

4） Next_Off set （ 16bit ） ： 該字段為將來擴展之用， 用來將64K 的分塊空間進一步細化， 使得將來1 個64K 空間內可以存儲不同類型的數據。