首页 > 嵌入式软件 > vxworks

  0 引 言

本文引用地址: http://www.21ic.com/embed/software/vxworks/201810/72250.html

  目前,随着电子技术的不断发展,计算机技术也得到飞速的发展,产生了很多新技术。但就计算机的基本结构来说,还是基本采用了冯·诺依曼结构。然而冯·诺依曼结构的一个中心点就是存储一控制,所以存储器在计算机系统中的作用是非常重要的。嵌入式计算机作为计算机中的一个类别,对执行速度和系统可靠性都有较强的要求,这也决定了嵌入式系统不仅要有实时性很强的操作系统,同时也需要一种安全、快速的存储设备。同时,嵌入式系统经常会涉及到海量数据的存储,这就要求存储设备必须具有可靠性高,功耗低,容量大,掉电数据不丢失等特点,而NAND FLASH芯片正好具有这些优点。

  VxWorks是嵌入式领域内公认的最有特色的高性能实时操作系统之一。它以其良好的可靠性和卓越的实时性,被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中,如卫星通信、军事演习、弹道制导、飞机导航等。

  目前,在VxWorks实现上,涉及文件系统的文章不少,但一般都是针对容量较小,操作相对简单的NORFLASH实现的。本文讨论了如何在以AMCC公司的Power PC芯片PPC440epx为核心的嵌入式平台上,利用三星公司的大容量NAND FLASH实现文件系统的具体办法。

  1 三星NAND FLASH芯片K9F2G08QOM

  K9F2G08QOM芯片的容量为256 M×8 b="2" Gb的数据区,再加上64 Mb的备用区。一块这种芯片被分为2 048个块,每个块又分为64页,每页由2 KB的数据区加上64 B的备用区组成。如图1所示,列地址为12 b(A11~A0)。当A12为0时,A10~A0确定对每页中2 KP;数据的访问;当A12为1时,访问的是64 B的备用区。由于NANDFLASH芯片在出厂时就可能出现坏块(块中的某个或多个bit不能有效的进行读写),为了将其标注出来,三星公司保证每个坏块的第一页和第二页备用区第一个byte的数据没有被初始化为0xFF。设计人员要确保在对该芯片进行擦除之前,先将这个信息保留起来(建一个坏块表)。行地址为17 b(A28~A12)。它确定了对2 048块×64页=128 K个页中的某一页进行访问。为了简化NAND FLASH芯片的管脚,其地址和数据信息共享8个I/O管脚,因此,其29 B的地址信息被设计为5个周期进行传输。具体操作如表1所示。

K9F2G08的结构

具体操作表

  注:起始地址是列地址;L表示必须置为低电平

  对NAND FLASH的操作流程比较简单,即在第一个周期里送操作相关的命令字,然后送地址,以及相应的数据,最后送确认字。需要说明的是,由于地址、命令和数据都共用8个I/O管脚来进行传输,因此在硬件上必须要有专用的管脚来区分传输类型(在传输命令的时候,命令锁存使能信号CLE有效;在传输地址的时候,地址锁存使能信号ALE有效)。具体的命令字、时序和操作流程在K9F2G08Q0M的数据手册上有较详细的描述,在此不一一详述。

  2 PPC440epx的NAND FLASH接口

  AMCC公司的PPC440epx芯片是一款性能指标较高的嵌入式CPU芯片,其主频可以达到667 MHz,拥有DDR2接口,可支持千兆以太网,USB 2.0接口,支持浮点运算,同时还支持NAND FLASH芯片。

  PPC440epx使用一个NAND FLASH Controller作为外部NAND FLASH与其外部总线通信的接口电路,该控制器最多可以支持4个NAND FLASH芯片,每个芯片的容量可以为4~256 MB,每页的大小可以为512 B+16 B或者2 KB+64 B。NDFC(NANDFLASH Controller)的存在使得对NAND FLASH的操作变的非常简单。根据前面对K9F2G08Q0M的介绍可知,对NAND FLASH的操作需要在硬件上产生ALE,CLE信号来区分传输类型。NDFC给程序设计人员提供两种实现时序的方法:硬件实现,软件实现。如果是前者, NDFC提供了几个寄存器:命令寄存器、地址寄存器、数据寄存器、配置寄存器和状态寄存器。通过对这几个寄存器执行相应的读/写操作就可以产生相应的时序。例如,如果需要对NAND FLASH写命令字80H,则只需将80H写人命令寄存器即可。NDFC自动将80H送到I/O7~I/O0上,同时置CLE为有效状态。而软件实现方法是根据K9F2G08Q0M的时序要求,通过对硬件控制寄存器中相应的bit写1或者0,使得对应的控制信号为高电平或者低电平。设计人员可以根据自己的情况,选择实现方法。这里推荐采用硬件实现的方法。不过,在有问题时,可采用软件实现的方法来进行调试。

  3 TrueFFS简介

  TureFFS(Ture Flash File System)是M-Systems公司为VxWorks操作系统定制的实现FLASH块设备的接口。通过使用TFFS,应用程序对FLASH的读写就像对拥有MS-DOS文件系统的磁盘设备操作一样。对于上层设计人员,TFFS屏蔽了底层多种多样FLASH设备的具体细节。同时,由于FLASH存储芯片自身的一些特性(如擦除、编程次数有限并且操作时间较长;容易进入过度编程状态等),TFFS采用虚拟块、损耗均衡、碎片回收、错误恢复等机制来提高 FLASH的使用寿命,确保数据完整,优化性能。

  4 TrueFFS的实现

  4.1 TrueFFS的基本结构

  TrueFFS由1个核心层和3个功能层组成,它们是翻译层(Translation Layer)、MTD(Memory Tech-nology Drivers Layer)层和Socket层,其结构框图如图2所示。

TrueFFS的基本结构

  (1)交互功能。它包含了控制FLASH映射到块、wear-lev-eling、碎片回收和数据完整性所需的智能化处理功能。目前,有三种不同的翻译层模块可供选择。选择哪一种层需要看所用的FLASH介质是采用NOR-based,还是NAND-based,或者SSFDC-based技术而定。

  (2)MTD(Memory Technology Driver)层实现具体的FLASH芯片底层程序设计,包括读、写、擦、ID识别、映射等功能,以及一些与FLASH芯片相关的参数设置。

  (3)Socket层提供了TrueFFS和硬件之间的接口服务,负责电源管理、检测设备插拔、硬件写保护、窗口管理和向系统注册Socket等;

  (4)核心层将其他3层有机结合起来,另外还处理全局问题,如信号量、碎片回收、计时器和其他系统资源等。

  在VxWorks中,由于翻译层和核心层以二进制形式提供给设计人员的,因此实现TFFS的主要工作集中在对MTD层和Socket层的设计上。

  4.2 Socket层的实现

  如果VxWorks中包含TFFS,在系统启动后,先完成内核的初始化,之后开始进行I/O的初始化操作。系统调用UsrRoot()函数,该函数再调用 tffsDrv()函数,这样就产生如图3所示的调用流程。调用这些函数的目的之一就是注册socket驱动函数。最后的注册操作都是由 xxxRegister()函数完成(这个函数和sysTff-sInit()函数的定义都在sysTffs.c中)的。该函数是通过更新 FLSocket结构体来完成注册操作的。该结构体的定义以及相关细节可以通过阅读VxWorks的帮助文件获得,在此不详述。

Register函数调用流程

  sysTffs.C文件的编写,可以参考其他的BSP来完成。config目录下的任何一个BSP都有该文件,设计人员可以复制其中一个到自己的BSP目录下。例如:复制wrPpmc440gp目录下的sysTffs.c文件,再根据自己的硬件电路修改FLASH BASE ADRS以及FLASHSIZE的宏定义,同时添加宏定义:#define INCLUDE_MTD_NAND。其他地方一般不需要改动。

  4.3 MTD层驱动程序的实现

  要创建一个TFFS块设备,首先应该调用函数tffsDevCreate(),这样就产生了如图4所示的一系列的调用函数。系统通过这一系列的调用函数来确认具体的MTD层程序。确认过程在flIdentifyFlash()函数中完成。flIdentifyFlash()通过逐个执行 xxxIdentify()表中的程序来确定合适的MTD。如果系统只有一种FLASH,则只需写一个Identify()函数可。与Socket层类似,MTD层的核心工作也是针对一个数据结构(FLFLASH)而进行的初始化操作。通过初始化操作来注册FLASH芯片的处理函数,具体的实现是在函数 xxxldentify()中完成的。

Identify函数调用流程

  根据前面的介绍知道,MTD层的主要功能是实现对FLASH芯片的读、写、擦、ID识别、映射等操作。而对不同FLASH芯片的相应操作是有一定差别的,所以使用不同的FLASH芯片时,MTD层的程序设计也是不一样的。开发人员的工作是根据系统使用的具体FLASH芯片来完成相应的程序设计。

  Tornado提供了几种FLASH的TrueFFS MTD层驱动的参考设计。在installDir\target\src\drv\tffs中,主要包括Intel,AMD等公司的几种FLASH的 TrueFFS MTD层驱动。虽然没有需要的K9F2G08驱动程序,但可以根据其结构来设计自己的MTD程序。具体做法是在BSP目录下建立一个MTD层驱动文件,将其取名为K9F2G08Mtd.C。在该文件中首先编写函数nandMTDIdentify(),如下所示为程序片段:

程序

  完成上述代码后,剩下的工作就是完成在函数nandMTDIdentify()中引用的readFlashID(),nand-MTDRead()。 nandMTDWrite(),nandMTDErase(),nandMTDMap()这几个函数的代码编写。由于不同的FLASH芯片,时序不同,因此这几个函数的实现也不同。必须根据芯片K9F2G08的数据手册上时序的要求,对PPC440epx的相应寄存器进行读/写操作,以完成这些功能。由于篇幅原因,这几个函数的具体代码就不再赘述。建议在Boot Loader工作正常后,先在应用程序中对这些函数进行调试。这样就可以利用单步和断点等工具进行调试,并且在修改后可立即通过网络下载程序。

  4.4 TrueFFS的配置

  在完成上述代码的编写后,还要做如下工作:在配置文件config.h中增加定义INCLUDE_TFFS和IN-CLUDE_DOSFS,使得 TrueFFS组件和DOS文件系统被包含进来。并且要在MakeFile文件MACH_EXTRA一项中添加K9F2G08Mtd.o,这样可将 TureFFS文件驱动程序加入系统。另外,还要在tffsConfig.c文件中的mtdTable[]表中添加上述的函数nandMTDI- dentify。

  5 结 语

  在此介绍如何在由AMCC公司的CPU芯片PPC440epx、三星公司的NAND FLASH构成的硬件平台上和VxWorks软件平台上,实现TrueFFS。按照上述设计流程,实现了NAND FLASH的驱动程序设计。能够对K9F2G08进行正常的读、写、擦、ID识别、映射等操作。同时,在VxWorks操作系统上,实现了 TrueFFS。这样就提高FLASH使用寿命,确保数据完整,优化了FLAsH的性能。以此为基础的系统在某机载设备上得到成功运用。

换一批

延伸阅读

[趣科技] 谷歌惊天预言:人类将在2029年开始实现远距离性爱与永生

谷歌惊天预言:人类将在2029年开始实现远距离性爱与永生

作家、发明家、计算机科学家、谷歌首席未来学家雷·库兹韦尔(Ray Kurzweil)在接受《花花公子》杂志专访时表示,在不远的将来,技术将让我们变得更聪明、更健康,人类将在2029年开始实现永生,远距离的性爱将发生。......

关键字:谷歌 人类 永生

[猎聘集] 重磅!程序猿月薪过7万,可以落户北京了

重磅!程序猿月薪过7万,可以落户北京了

这是北京“近十年最宽松的落户政策”!消息在北京创投圈激起了涟漪。这些年,北京几乎聚集了中国数量最多顶尖的创业公司和创投机构,从IDG资本、红杉中国、经纬创投到百度、京东、美团、今日头条….浩浩荡荡数十万人。这一纸新规有望让他们落地生根。......

关键字:程序猿 月薪 北京

[疯狂史] 忆当年硬件开发梦:就俩字,TM青涩!

忆当年硬件开发梦:就俩字,TM青涩!

此文仅献给那些刚刚踏上硬件之路和还在徘徊的同学们,在此我简要的记录了我的学习经历和其间自己所获的一些心得,以帮助初学者少走弯路。......

关键字:硬件开发 硬件学习

[新鲜事] 美国物理学家爆猛料:外星人已经对人类下手了

美国物理学家爆猛料:外星人已经对人类下手了

就在世人对外星人的存在还将信将疑的时候,美国75岁物理学家斯坦顿·弗里德曼(Stanton Friedman)声称,自己确信外星生物曾到访过地球,并且外星生物在地球上停留很长时间。外星人曾经还劫持过地球人去做实验,这些资料目前被美国政府扣押......

关键字:外星人

[真心话] 裁员23%,VR市场转冷让HTC压力山大

裁员23%,VR市场转冷让HTC压力山大

在经历了连续几个季度的亏损后,7月2日晚间,HTC宣布启动组织优化政策,将于今年9月底之前裁员1500人。HTC表示,此项优化台湾制造部门的计划将使公司得以进行更加有效和灵活的资源管理,这次裁员是为了确保产能与市......

关键字:VR HTC 虚拟现实
条评论

我 要 评 论

网友评论

大家都爱看

  • 扇出型晶圆级封装的优势和挑战!

    我们有能力创造一些能保持前代性能并且更好更小的电子设备,例如今天的可穿戴设备、智能手机或平板电脑,这是由于很多因素超过摩尔定律而快速发展,从而能够从底层的嵌入组件发展到今天把它们封…

    2018-03-29
  • Xilinx推出革命性的新型自适应计算产品

    自适应和智能计算的全球领先企业赛灵思公司(Xilinx, Inc.,(NASDAQ:XLNX)),近日宣布推出一款超越FPGA功能的突破性新型产品,名为ACAP(Adaptive Compute Acceleration Platform,自适应计算加速…

    2018-03-20
  • 赛普拉斯为树莓派3 B+ IoT单板计算机提供强大稳定的无

    先进嵌入式系统解决方案的领导者赛普拉斯(纳斯达克代码:CY)近日宣布其Wi-Fi®和蓝牙®combo解决方案为全新的树莓派 3 B+(Raspberry Pi 3Model B+)IoT单板计算机提供强大稳定的无线连接…

    2018-03-20
  • 观看直播领红包,SEED-A10加速卡助力人工智能

    随着云服务器、云计算的发展,大家对硬件加速的需求越来越多,但是随着设备功耗的上升、性能需求越来越高,常规加速设备以及开始不能满足需求,因此FPGA逐渐在硬件加速中找到了自己的位置,而艾…

    2018-03-19
  • 特朗普:博通不得以任何形式收购高通

    白宫周一(3月12日)晚发出声明,川普(特朗普)总统出于“国家安全”考量、禁止新加坡博通公司(Broadcom)收购美国高通公司(Qualcomm)。

    2018-03-14