spi nor flash应用汇总 浅谈spi flash应用原理

　　本文主要是关于spi nor flash的相关介绍，并着重对spi nor flash应用进行了详尽的阐述。

　　spI flash

　　SPI一种通信接口。那么严格的来说SPI Flash是一种使用SPI通信的Flash，即，可能指NOR也可能是NAND。但现在大部分情况默认下人们说的SPI Flash指的是SPI NorFlash。早期Norflash的接口是parallel的形式，即把数据线和地址线并排与IC的管脚连接。但是后来发现不同容量的Norflash不能硬件上兼容（数据线和地址线的数量不一样），并且封装比较大，占用了较大的PCB板位置，所以后来逐渐被SPI（串行接口）Norflash所取代。同时不同容量的SPI Norflash管脚也兼容封装也更小。，至于现在很多人说起NOR flash直接都以SPI flash来代称。

　　NorFlash根据数据传输的位数可以分为并行（Parallel，即地址线和数据线直接和处理器相连）NorFlash和串行（SPI，即通过SPI接口和处理器相连）NorFlash；区别主要就是：1、SPI NorFlash每次传输一bit位的数据，parallel连接的NorFlash每次传输多个bit位的数据（有x8和x16bit两种）； 2、SPI NorFlash比parallel便宜，接口简单点，但速度慢。

　　NandFlash是地址数据线复用的方式，接口标准统一（x8bit和x16bit），所以不同容量再兼容性上基本没什么问题。但是目前对产品的需求越来越小型化以及成本要求也越来越高，所以SPI NandFlash渐渐成为主流，并且采用SPI NANDFlash方案，主控也可以不需要传统NAND控制器，只需要有SPI接口接口操作访问，从而降低成本。另外SPI NandFlash封装比传统的封装也小很多，故节省了PCB板的空间。

　　今天主要说下SPI NorFlash。

　　二、有毛用啊

　　节省成本，减小封装，存储数据。

　　三、怎么用啊

　　怎么用说白了对于Flash就是读写擦，也就是实现flash的驱动。先简单了解下spi flash的物理连接。

　　之前介绍SPI的时候说过，SPI接口目前的使用是多种方式（具体指的是物理连线有几种方式），Dual SPI、Qual SPI和标准的SPI接口（这种方式肯定不会出现在连接外设是SPI Flash上，这玩意没必要全双工），对于SPI Flash来说，主要就是Dual和Qual这两种方式。具体项目具体看了，理论上在CLK一定的情况下， 线数越多访问速度也越快。我们项目采用的Dual SPI方式，即两线。

　　当前涉及到具体的SPI flash芯片类型了，所以必须也得参考flash的datasheet手册了。我们以W25Q64JVSSIQ为例。

　　这是基本信息的介绍，然后看下具体IO的定义

　　这个是WSON封装的管脚定义，其他详细信息参考datasheet。

　　硬件驱动的话也是和芯片强相关的，因为读写擦都是和硬件时序相关的，所以必须得参考硬件datasheet手册。

　　上面的datasheet都详细说明了每个操作的时序周期发送的命令。上图中，第一列是指令名称，第二列是指令编码，第三列及以后的指令功能与对应的指令有关。带括号的字节内容为flash向主机返回的字节数据，不带括号则是主机向flash发送字节数据。

　　A0~A23：flash内部存储器地址；MID0~MID7：制造商ID；ID0~ID15：flash芯片ID；D0~D7：flash内部存储的数据；dummy：指任意数据。

　　比如获取deviceID：

　　表示该命令由这四个字节组成，其中dummy意为任意编码，即这三个字节必须得发数据，但这些数据是任意的，上图命令列表中带括号的字节数据表示由FLASH返回给主机的响应，可以看到deviceID命令的第5个字节为从机返回的响应，（ID7~ID0），即返回设备的ID号。

　　代码如下：

　　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与NOR FLASH的区别

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

　　1、NorFLASH使用方便，易于连接，可以在芯片上直接运行代码，稳定性出色，传输速率高，在小容量时有很高的性价比，这使其很适合应于嵌入式系统中作为 FLASH ROM。

　　2、在通信方式上Nor Flash 分为两种类型：CFI Flash和 SPI Flash。SPI Flash， serial peripheral interface串行外围设备接口，是一种常见的时钟同步串行通信接口。

　　

　　spi nor flash应用汇总

　　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/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， 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 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 0.06suser 0m 0.00ssys 0m 0.00s

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

　　结语

　　关于spi nor flash的相关介绍就到这了，如有不足之处欢迎指正。

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