本文主要是關(guān)于spi nor flash的相關(guān)介紹，并著重對(duì)spi nor flash應(yīng)用進(jìn)行了詳盡的闡述。

spI flash

SPI一種通信接口。那么嚴(yán)格的來(lái)說(shuō)SPI Flash是一種使用SPI通信的Flash，即，可能指NOR也可能是NAND。但現(xiàn)在大部分情況默認(rèn)下人們說(shuō)的SPI Flash指的是SPI NorFlash。早期Norflash的接口是parallel的形式，即把數(shù)據(jù)線和地址線并排與IC的管腳連接。但是后來(lái)發(fā)現(xiàn)不同容量的Norflash不能硬件上兼容（數(shù)據(jù)線和地址線的數(shù)量不一樣），并且封裝比較大，占用了較大的PCB板位置，所以后來(lái)逐漸被SPI（串行接口）Norflash所取代。同時(shí)不同容量的SPI Norflash管腳也兼容封裝也更小。，至于現(xiàn)在很多人說(shuō)起NOR flash直接都以SPI flash來(lái)代稱(chēng)。

NorFlash根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈粩?shù)可以分為并行（Parallel，即地址線和數(shù)據(jù)線直接和處理器相連）NorFlash和串行（SPI，即通過(guò)SPI接口和處理器相連）NorFlash；區(qū)別主要就是：1、SPI NorFlash每次傳輸一bit位的數(shù)據(jù)，parallel連接的NorFlash每次傳輸多個(gè)bit位的數(shù)據(jù)（有x8和x16bit兩種）； 2、SPI NorFlash比parallel便宜，接口簡(jiǎn)單點(diǎn)，但速度慢。

NandFlash是地址數(shù)據(jù)線復(fù)用的方式，接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一（x8bit和x16bit），所以不同容量再兼容性上基本沒(méi)什么問(wèn)題。但是目前對(duì)產(chǎn)品的需求越來(lái)越小型化以及成本要求也越來(lái)越高，所以SPI NandFlash漸漸成為主流，并且采用SPI NANDFlash方案，主控也可以不需要傳統(tǒng)NAND控制器，只需要有SPI接口接口操作訪問(wèn)，從而降低成本。另外SPI NandFlash封裝比傳統(tǒng)的封裝也小很多，故節(jié)省了PCB板的空間。

今天主要說(shuō)下SPI NorFlash。

二、有毛用啊

節(jié)省成本，減小封裝，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

三、怎么用啊

怎么用說(shuō)白了對(duì)于Flash就是讀寫(xiě)擦，也就是實(shí)現(xiàn)flash的驅(qū)動(dòng)。先簡(jiǎn)單了解下spi flash的物理連接。

之前介紹SPI的時(shí)候說(shuō)過(guò)，SPI接口目前的使用是多種方式（具體指的是物理連線有幾種方式），Dual SPI、Qual SPI和標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口（這種方式肯定不會(huì)出現(xiàn)在連接外設(shè)是SPI Flash上，這玩意沒(méi)必要全雙工），對(duì)于SPI Flash來(lái)說(shuō)，主要就是Dual和Qual這兩種方式。具體項(xiàng)目具體看了，理論上在CLK一定的情況下， 線數(shù)越多訪問(wèn)速度也越快。我們項(xiàng)目采用的Dual SPI方式，即兩線。

當(dāng)前涉及到具體的SPI flash芯片類(lèi)型了，所以必須也得參考flash的datasheet手冊(cè)了。我們以W25Q64JVSSIQ為例。

這是基本信息的介紹，然后看下具體IO的定義

這個(gè)是WSON封裝的管腳定義，其他詳細(xì)信息參考datasheet。

硬件驅(qū)動(dòng)的話也是和芯片強(qiáng)相關(guān)的，因?yàn)樽x寫(xiě)擦都是和硬件時(shí)序相關(guān)的，所以必須得參考硬件datasheet手冊(cè)。

上面的datasheet都詳細(xì)說(shuō)明了每個(gè)操作的時(shí)序周期發(fā)送的命令。上圖中，第一列是指令名稱(chēng)，第二列是指令編碼，第三列及以后的指令功能與對(duì)應(yīng)的指令有關(guān)。帶括號(hào)的字節(jié)內(nèi)容為flash向主機(jī)返回的字節(jié)數(shù)據(jù)，不帶括號(hào)則是主機(jī)向flash發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù)。

A0~A23：flash內(nèi)部存儲(chǔ)器地址；MID0~MID7：制造商ID；ID0~ID15：flash芯片ID；D0~D7：flash內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)；dummy：指任意數(shù)據(jù)。

比如獲取deviceID：

表示該命令由這四個(gè)字節(jié)組成，其中dummy意為任意編碼，即這三個(gè)字節(jié)必須得發(fā)數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)是任意的，上圖命令列表中帶括號(hào)的字節(jié)數(shù)據(jù)表示由FLASH返回給主機(jī)的響應(yīng)，可以看到deviceID命令的第5個(gè)字節(jié)為從機(jī)返回的響應(yīng)，（ID7~ID0），即返回設(shè)備的ID號(hào)。

代碼如下：

uint32_t Get_Flash_DeviceID（void）

{

uint8_t deviceID= 0x00;

spiflashReset（）;

spi_write（ 0xAB）;

spi_write（ Dummy）;

spi_write（ Dummy）;

spi_write（ Dummy）;

deviceID = spi_write（ Dummy）;

spi_write（ Dummy）;

spiflashSet（） ;

return deviceID;

}

SPI FLASH與NOR FLASH的區(qū)別

Nor Flash包含SPI Flash。SPI Flash是Nor Flash的一部分。

1、NorFLASH使用方便，易于連接，可以在芯片上直接運(yùn)行代碼，穩(wěn)定性出色，傳輸速率高，在小容量時(shí)有很高的性?xún)r(jià)比，這使其很適合應(yīng)于嵌入式系統(tǒng)中作為 FLASH ROM。

2、在通信方式上Nor Flash 分為兩種類(lèi)型：CFI Flash和 SPI Flash。SPI Flash， serial peripheral interface串行外圍設(shè)備接口，是一種常見(jiàn)的時(shí)鐘同步串行通信接口。

spi nor flash應(yīng)用匯總

NOR flash和Nand flash相比

NOR缺點(diǎn)： 價(jià)格貴， 容量小， 擦除塊大， 擦除速度慢， NOR flash擦出壽命為100，000次， 遠(yuǎn)小于NAND flash的一百萬(wàn)次。 NOR可以單字節(jié)編程， 也就是說(shuō)一次只更新一個(gè)byte

NOR優(yōu)點(diǎn)： 讀速度快， 穩(wěn)定不會(huì)出現(xiàn)位反轉(zhuǎn)， 不需要EDC和ECC， 不需要壞塊管理

NOR flash通常一次可以寫(xiě)一個(gè)字節(jié)， NAND flash內(nèi)存必須一次寫(xiě)多個(gè)字節(jié)（通常為512字節(jié)）

NOR flash的優(yōu)缺點(diǎn)決定了它的應(yīng)用場(chǎng)： 適合存儲(chǔ)關(guān)鍵很少修改的數(shù)據(jù)， 比如bootloader kernel等代碼；不適合尺寸較大經(jīng)常修改的數(shù)據(jù)，比如用戶地圖， 庫(kù)文件等

3 wire SPI

正常的SPI使用四根線： clock， cs， MOSI， MISO. 可以把MOSI MISO合并為一根線（slave out/slave in SISO）上實(shí)現(xiàn)半雙工。 主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)低速傳輸

DUAL SPI

對(duì)于SPI flash來(lái)說(shuō)， 全雙工并不常用， 因此擴(kuò)展這兩根數(shù)據(jù)線， 使得他們支持半雙工傳輸， 加倍數(shù)據(jù)傳輸速度。 可以發(fā)送一個(gè)命令字節(jié)請(qǐng)求進(jìn)入dual mode， 然后MOSI就變成了SIO0（Serial I/O 0）， MISO變成了SIO1.

這種模式主要是針對(duì)SPI ROM， SPI flash設(shè)備， 需要進(jìn)行大數(shù)據(jù)量傳輸

QUAD SPI

quad SPI又增加了兩根I/O線（SIO2 SIO3）， 可以在一個(gè)時(shí)鐘周期傳送四個(gè)data bits. 通過(guò)使用特殊的命令， 使能quad mode.

Double data rate

除了使用多根I/O線， 某些設(shè)備還通過(guò)DDR技術(shù)增加傳輸速率

SPI NOR flash文件系統(tǒng)支持

NOR flash和普通機(jī)械硬盤(pán)， SSD， EMMC的最大區(qū)別就是NOR flash在寫(xiě)之前，需要確保寫(xiě)的位置是已經(jīng)擦除過(guò)的， 因此并不適合使用傳統(tǒng)的Ext2/3/4， FAT/NTFS等文件系統(tǒng)

甚至YAFFS類(lèi)的文件系統(tǒng)也不適合NOR flash

JFFS和JFFS2

這兩個(gè)文件系統(tǒng)都可以支持NOR flash， 并且提供了垃圾回收， 壞塊管理， 磨損平衡。 二者都存在文件系統(tǒng)mount速度較慢的問(wèn)題， 不適合大容量flash

YAFFS/YAFFS2

已經(jīng)被踢出主線內(nèi)核了， 基本廢棄了。

Cramfs/Squashfs

常規(guī)的只讀文件系統(tǒng)， 都支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮， 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單， 速度快， 如果NOR flash存放的文件系統(tǒng)是只讀的， 盡量使用他們。 這些常規(guī)文件系統(tǒng)工作在傳統(tǒng)塊設(shè)備上， 需要內(nèi)核支持

CONFIG_MTD_BLKDEVS=y

CONFIG_MTD_BLOCK=y

Ext2/3/4 FAT/NTFS

支持讀寫(xiě)的塊設(shè)備文件系統(tǒng)不適合工作用在NOR flash上， 因?yàn)镹OR flash寫(xiě)操作會(huì)導(dǎo)致擦除操作， 速度慢， 影響壽命。

MTD模擬block device

打開(kāi)CONFIG_MTD_BLOCK和CONFIG_MTD_BLKDEVS

啟動(dòng)后/dev/下會(huì)增加幾個(gè)block設(shè)備

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， 寫(xiě)入cramfs鏡像

首先， 在Host創(chuàng)建cramefs鏡像

mkfs.cramfs rootfs/ cramfs.img

dd命令導(dǎo)入鏡像

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上運(yùn)行JFFS2， JFFS2通過(guò)MTD接口操作NOR flash

創(chuàng)建JFFS2鏡像

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 如果不加這個(gè)參數(shù)， 生成的鏡像尺寸（文件系統(tǒng)大小）是按照rootfs/小內(nèi)容大小決定的；通過(guò)這個(gè)參數(shù)我們可以強(qiáng)制指定文件系統(tǒng)大小

燒寫(xiě)JFFS2鏡像

有兩種燒寫(xiě)方法：

1. 在uboot中把jffs2.img下載到DRAM中， 然后使用sf write命令把DRAM內(nèi)容燒寫(xiě)到nor flash上

2. 進(jìn)入系統(tǒng)后使用 dd if=jffs2.img of=/dev/mtdblock4

二者性質(zhì)上實(shí)際相同， 都是直接把鏡像燒到NOR flash某段內(nèi)存中

掛載JFFS2文件系統(tǒng)

首先kernel要支持jffs2文件系統(tǒng)， 執(zhí)行如下命令

mount -t jffs2 /dev/mtdblock4 /mnt

文件系統(tǒng)掛載速度

由于JFFS2在掛載過(guò)程中需要執(zhí)行掃描， 構(gòu)造文件系統(tǒng)， 因此在同樣大小的mtdblock上， JFFS2掛載時(shí)間遠(yuǎn)大于EXT4文件系統(tǒng)

文件系統(tǒng)尺寸為0x740000（7.25MB）

Ext4掛載時(shí)間 root@evm：~# time mount -t ext4 /dev/mtdblock3 /mnt real 0m 0.06suser 0m 0.00ssys 0m 0.00s

JFFS2掛載時(shí)間 root@evm：~# time mount -t jffs2 /dev/mtdblock3 /mntreal 0m 0.34suser 0m 0.00ssys 0m 0.33s

結(jié)語(yǔ)

關(guān)于spi nor flash的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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