GD32 FATFS+FTL Nand解決方案

1. 方案簡介

Nand flash有非易失、存儲容量大、壽命長等優點;同時具有存在壞塊、擦除次數有限、易出現error bit的缺點;并且具有擦除以block(塊)為單位，寫入以page(頁)為單位，讀取以sector(512 byte)為單位的特點。

基于上述原因，對Nand flash的應用不僅要避免壞塊、均衡塊擦除次數、糾正error bit，而且需要按照其讀寫擦的特點進行應用。若沒有一套管理軟件針對nand的特性，則對其應用將非常困難。

FTL(Flash Transform Layer)是基于nand flash的管理算法軟件，可解決上述提出的所有問題，將Nand flash模擬成如。

▲ FTL軟件架構圖

2. 功能描述

FTL(Flash Transform Layer)是基于nand flash的管理算法軟件，具有地址映射管理，垃圾回收，壞塊管理和磨損均衡等功能。

? 地址映射：上層應用使用邏輯地址來訪問，FTL把邏輯地址映射到不同物理地址上，管理著每個邏輯地址最新的數據存放的物理位置。

? 垃圾回收：隨著數據的寫入，閃存設備上有些塊的部分數據已經無效了，需要把有效的數據從塊上搬走，然后擦除用來接收新的數據。

? 磨損均衡：因為每個塊的P/E次數是有限的，某些塊可能被重復使用而損壞了，而有些塊數據很少被訪問，所以一直沒有進行操作過。為了避免這種情況，FTL加入磨損均衡的功能，大致是通過控制垃圾回收和空塊池的管理，從而平衡每個塊的使用次數。

? 壞塊管理：由于Flash本身就存在部分壞塊，在使用的過程中部分塊會變壞，所以FTL在管理的時候需要避開這些無用塊，把使用后變得不穩定塊上的數據及時拷貝到穩定位置。

BCH軟件實現error bit錯誤檢查和糾正功能，對于Nand flash本身不帶ECC “Error Correcting Code”功能的方案中是不可或缺的。BCH軟件對用戶寫入flash的數據進行編碼，當用戶讀取寫入flash的數據時，按照編碼規則對數據進行解碼，當發現error bit時，對error bit進行糾正，保證數據可靠性。

3. 主要特性

相對于目前存在的Nand flash管理軟件方案，FTL具有讀寫速度快、內存消耗小、擦除塊磨損均衡好的特點。

A) FTL方案在相同平臺下(GD32F450+SPI2G顆粒)與YAFFS嵌入式文件系統分別做性能測試，測試結果如下:

B) FTL方案在相同平臺下(GD32F450+SPI2G顆粒)與YAFFS嵌入式文件系統分別做內存消耗統計，統計結果如下：

C) FTL方案在相同平臺下(GD32F450+SPI2G顆粒)與YAFFS嵌入式文件系統分別做磨損均衡測試，統計結果如下：(注：block 1023為壞塊)

4. 開發資料

推薦用于功能評估的開發板型號為GD32450i-EVAL和GD32303E-EVAL，支持SPI/EXMC兩種接口nand flash。

我們可提供評估套件、用戶指南、硬件原理圖、軟件代碼等整套的開發資料，請聯系您當地的GigaDevice銷售辦事處或GD32授權代理商獲取。

5. 典型應用

對于一些要求存儲容量較高的使用場景，FTL使用尤為突出。如圖片、音頻、視頻的保存、重要信息的保存等。

工業領域，如電表、水表信息的存儲;汽車電子領域，如設備運行狀態信息存儲;消費電子領域，如攝像監控視頻、圖片存儲。

審核編輯：湯梓紅