spi nor flash使用汇总

Overview

SPI flash, 分为spi flash, DUAL spi flash, QUAD spi flash,

3-wire spi, 4-wire spi, 6-wire spi. 在clock一定的情况下, 理论上线数越多速度越快

NOR flash和Nand flash相比 

• NOR缺点: 价格贵, 容量小, 擦除块大, 擦除速度慢, NOR flash擦出寿命为100,000次, 远小于NAND flash的一百万次. NOR可以单字节编程, 也就是说一次只更新一个byte
• NOR优点: 读速度快, 稳定不会出现位反转, 不需要EDC和ECC,  不需要坏块管理
• NOR flash通常一次可以写一个字节, NAND flash内存必须一次写多个字节(通常为512字节)

NOR flash的优缺点决定了它的应用场: 适合存储关键很少修改的数据, 比如bootloader kernel等代码；不适合尺寸较大经常修改的数据,比如用户地图, 库文件等

3 wire SPI

正常的SPI使用四根线: clock, cs, MOSI, MISO. 可以把MOSI MISO合并为一根线(slave out/slave in SISO)上实现半双工. 主要用来实现低速传输

DUAL SPI

对于SPI flash来说, 全双工并不常用, 因此扩展这两根数据线, 使得他们支持半双工传输, 加倍数据传输速度. 可以发送一个命令字节请求进入dual mode, 然后MOSI就变成了SIO0(Serial I/O 0), MISO变成了SIO1.

这种模式主要是针对SPI ROM, SPI flash设备, 需要进行大数据量传输

QUAD SPI

quad SPI又增加了两根I/O线(SIO2 SIO3), 可以在一个时钟周期传送四个data bits. 通过使用特殊的命令, 使能quad mode.

Double data rate

除了使用多根I/O线, 某些设备还通过DDR技术增加传输速率

SPI NOR flash文件系统支持

NOR flash和普通机械硬盘, SSD, EMMC的最大区别就是NOR flash在写之前,需要确保写的位置是已经擦除过的, 因此并不适合使用传统的Ext2/3/4, FAT/NTFS等文件系统

甚至YAFFS类的文件系统也不适合NOR flash

JFFS和JFFS2

这两个文件系统都可以支持NOR flash, 并且提供了垃圾回收, 坏块管理, 磨损平衡. 二者都存在文件系统mount速度较慢的问题, 不适合大容量flash

YAFFS/YAFFS2

已经被踢出主线内核了, 基本废弃了.

Cramfs/Squashfs

常规的只读文件系统, 都支持数据压缩, 实现简单, 速度快, 如果NOR flash存放的文件系统是只读的, 尽量使用他们. 这些常规文件系统工作在传统块设备上, 需要内核支持

CONFIG_MTD_BLKDEVS=y
CONFIG_MTD_BLOCK=y

Ext2/3/4 FAT/NTFS

支持读写的块设备文件系统不适合工作用在NOR flash上, 因为NOR flash写操作会导致擦除操作, 速度慢, 影响寿命.

MTD模拟block device

打开CONFIG_MTD_BLOCK和CONFIG_MTD_BLKDEVS

启动后/dev/下会增加几个block设备

root@devm:~# ls /dev/mtd
mtd0       mtd1       mtd2       mtd3       mtdblock0  mtdblock2
mtd0ro     mtd1ro     mtd2ro     mtd3ro     mtdblock1  mtdblock3

 

使用mkfs.ext4, 格式化mtdblock,

root@evm:~# mkfs.ext4 /dev/mtdblock3
mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=1024 (log=0)
Fragment size=1024 (log=0)
Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks
1856 inodes, 7424 blocks
371 blocks (5.00%) reserved for the super user
First data block=1
Maximum filesystem blocks=7602176
1 block group
8192 blocks per group, 8192 fragments per group
1856 inodes per group

Allocating group tables: done
Writing inode tables: done
Creating journal (1024 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

使用dd命令, 写入cramfs镜像

首先, 在Host创建cramefs镜像

mkfs.cramfs rootfs/ cramfs.img

dd命令导入镜像

root@evm:~# dd if=/dev/mtdblock3 of=cramfs.img
14848+0 records in
14848+0 records out
root@evm:~# ls -l
-rw-r--r--    1 root     root       7602176 Jan  1 00:24 kaka.img
root@evm:~#

NOR flash使用JFFS2

NOR flash上运行JFFS2, JFFS2通过MTD接口操作NOR flash

创建JFFS2镜像

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 如果不加这个参数, 生成的镜像尺寸(文件系统大小)是按照rootfs/小内容大小决定的；通过这个参数我们可以强制指定文件系统大小

烧写JFFS2镜像

有两种烧写方法:

1. 在uboot中把jffs2.img下载到DRAM中, 然后使用sf write命令把DRAM内容烧写到nor flash上

2. 进入系统后使用 dd if=jffs2.img of=/dev/mtdblock4

二者性质上实际相同, 都是直接把镜像烧到NOR flash某段内存中

挂载JFFS2文件系统

首先kernel要支持jffs2文件系统, 执行如下命令

mount -t jffs2 /dev/mtdblock4 /mnt

文件系统挂载速度

由于JFFS2在挂载过程中需要执行扫描, 构造文件系统, 因此在同样大小的mtdblock上, JFFS2挂载时间远大于EXT4文件系统

文件系统尺寸为0x740000(7.25MB)

Ext4挂载时间

root@evm:~# time mount -t ext4 /dev/mtdblock3 /mnt
real    0m 0.06s
user    0m 0.00s
sys     0m 0.00s

JFFS2挂载时间

root@evm:~# time mount -t jffs2 /dev/mtdblock3 /mnt
real    0m 0.34s
user    0m 0.00s
sys     0m 0.33s