SPI flash如何運行程序，SPI flash有哪些應用

本文主要是關于SPI flash的相關介紹，并著重對SPI flash如何運行程序以及應用進行了詳盡的闡述。

SPI flash

SPI一種通信接口。那么嚴格的來說SPI Flash是一種使用SPI通信的Flash，即，可能指NOR也可能是NAND。但現在大部分情況默認下人們說的SPI Flash指的是SPI NorFlash。早期Norflash的接口是parallel的形式，即把數據線和地址線并排與IC的管腳連接。但是后來發現不同容量的Norflash不能硬件上兼容（數據線和地址線的數量不一樣），并且封裝比較大，占用了較大的PCB板位置，所以后來逐漸被SPI（串行接口）Norflash所取代。同時不同容量的SPI Norflash管腳也兼容封裝也更小。，至于現在很多人說起NOR flash直接都以SPI flash來代稱。

NorFlash根據數據傳輸的位數可以分為并行（Parallel，即地址線和數據線直接和處理器相連）NorFlash和串行（SPI，即通過SPI接口和處理器相連）NorFlash；區別主要就是：1、SPI NorFlash每次傳輸一bit位的數據，parallel連接的NorFlash每次傳輸多個bit位的數據（有x8和x16bit兩種）； 2、SPI NorFlash比parallel便宜，接口簡單點，但速度慢。

NandFlash是地址數據線復用的方式，接口標準統一（x8bit和x16bit），所以不同容量再兼容性上基本沒什么問題。但是目前對產品的需求越來越小型化以及成本要求也越來越高，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NAND控制器，只需要有SPI接口接口操作訪問，從而降低成本。另外SPI NandFlash封裝比傳統的封裝也小很多，故節省了PCB板的空間。

SPI flash如何運行程序

上電后處理器要從地址0讀取指令，根據啟動方式將地址重映射后向總線發出請求并等待，spi flash控制器一位一位地給flash發命令發地址，再一位一位地讀回數據，響應總線的請求。處理器要耐心等待，總線控制器會協調好的。等待是常有的事情，包括訪問nand flash，包括訪問ddr sdram。我感覺fpga的avalon總線時序有參考價值

SPI flash有哪些應用

NOR flash和Nand flash相比

NOR缺點： 價格貴， 容量小， 擦除塊大， 擦除速度慢， NOR flash擦出壽命為100，000次， 遠小于NAND flash的一百萬次。 NOR可以單字節編程， 也就是說一次只更新一個byte

NOR優點： 讀速度快， 穩定不會出現位反轉， 不需要EDC和ECC， 不需要壞塊管理

NOR flash通常一次可以寫一個字節， NAND flash內存必須一次寫多個字節（通常為512字節）

NOR flash的優缺點決定了它的應用場： 適合存儲關鍵很少修改的數據， 比如bootloader kernel等代碼；不適合尺寸較大經常修改的數據，比如用戶地圖， 庫文件等

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）上實現半雙工。 主要用來實現低速傳輸

DUAL SPI

對于SPI flash來說， 全雙工并不常用， 因此擴展這兩根數據線， 使得他們支持半雙工傳輸， 加倍數據傳輸速度。 可以發送一個命令字節請求進入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SPI ROM， SPI flash設備， 需要進行大數據量傳輸

QUAD SPI

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

Double data rate

除了使用多根I/O線， 某些設備還通過DDR技術增加傳輸速率

SPI NOR flash文件系統支持

NOR flash和普通機械硬盤， SSD， EMMC的最大區別就是NOR flash在寫之前，需要確保寫的位置是已經擦除過的， 因此并不適合使用傳統的Ext2/3/4， FAT/NTFS等文件系統

甚至YAFFS類的文件系統也不適合NOR flash

JFFS和JFFS2

這兩個文件系統都可以支持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mount速度較慢的問題， 不適合大容量flash

YAFFS/YAFFS2

已經被踢出主線內核了， 基本廢棄了。

Cramfs/Squashfs

常規的只讀文件系統， 都支持數據壓縮， 實現簡單， 速度快， 如果NOR flash存放的文件系統是只讀的， 盡量使用他們。 這些常規文件系統工作在傳統塊設備上， 需要內核支持

CONFIG_MTD_BLKDEVS=y

CONFIG_MTD_BLOCK=y

Ext2/3/4 FAT/NTFS

支持讀寫的塊設備文件系統不適合工作用在NOR flash上， 因為NOR flash寫操作會導致擦除操作， 速度慢， 影響壽命。

MTD模擬block device

打開CONFIG_MTD_BLOCK和CONFIG_MTD_BLKDEVS

啟動后/dev/下會增加幾個block設備

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， 寫入cramfs鏡像

首先， 在Host創建cramefs鏡像

mkfs.cramfs rootfs/ cramfs.img

dd命令導入鏡像

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上運行JFFS2， JFFS2通過MTD接口操作NOR flash

創建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 如果不加這個參數， 生成的鏡像尺寸（文件系統大?。┦前凑誶ootfs/小內容大小決定的；通過這個參數我們可以強制指定文件系統大小

燒寫JFFS2鏡像

有兩種燒寫方法：

1. 在uboot中把jffs2.img下載到DRAM中， 然后使用sf write命令把DRAM內容燒寫到nor flash上

2. 進入系統后使用 dd if=jffs2.img of=/dev/mtdblock4

二者性質上實際相同， 都是直接把鏡像燒到NOR flash某段內存中

掛載JFFS2文件系統

首先kernel要支持jffs2文件系統， 執行如下命令

mount -t jffs2 /dev/mtdblock4 /mnt

文件系統掛載速度

由于JFFS2在掛載過程中需要執行掃描， 構造文件系統， 因此在同樣大小的mtdblock上， JFFS2掛載時間遠大于EXT4文件系統

文件系統尺寸為0x740000（7.25MB）

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

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

結語

關于SPI flash的相關介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

相關閱讀推薦：SPI Flash控制器驗證

相關閱讀推薦：FPGA中SPI Flash存儲器的復用編程方法的實現