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NAND Flash存储系统解决方案
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2017-10-19
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嵌入式系统主要由微处理器、存储设备、总线标准、I/O外设等几大部分构成。随着制造工艺的成熟和体系结构的不断优化，如今无论面向低端应用还是高端应用，从8 位到64 位，都有很大的选择范围，能够很好的完成复杂的数据信息处理。现在需要的更多的是如何有效的存储和管理越来越多的数据，随着对大容量存储需求的日益迫切，NAND Flash因为其自身的特点成为了嵌入式设备，特别是消费类手持嵌入式设备的最主要存储解决方案。目前针对NAND Flash 的研究主要集中在硬件和软件两大块，硬件方面的研究主要希望尽一步加大存储容量，提高读写速度及数据可靠性，降低制造成本，统一各厂家的标准等；软件方面的研究主要集中在如何实现一个更优秀NAND Flash 的驱动程序。NAND Flash的驱动程序中牵涉到很多问题，比如如何更好的进行垃圾收集，负载均衡，坏块管理等等。本文主要介绍我们的NANDFlash 存储系统的驱动程序设计，主要是基于Linux 操作系统。
1 NAND Flash 存储系统的总体设计
NAND Flash 存储系统的分层结构如图1 所示。它由用户层、内核层与硬件层组成：用户层就是直接与用户联系，实际对存储器提出读写请求的应用程序，比如cp、rm 等命令，比如对存储器有读写请求的应用程序；内核层主要包括文件系统，比如EXT3、EXT2、FAT32 等文件系统，由于我们在接下来的块设备层中实现了闪存翻译层（FTL），所以文件系统可以采用任
何通用的文件系统，而不需要采用特殊的针对NAND Flash 的文件系统，比如JFFS2 等，块设备驱动层，主要实现统一的Linux 块设备驱动，主要完成块设备注册、定义块设备操作、请
求处理等工作，NAND Flash 设备驱动层，在这里NAND Flash设备驱动又分为FTL（flash translation layer）层与LLD（low leveldriver）层，由于NAND Flash 是一个特殊的存储设备，具有自身的特点，不同于一般的块设备，所以需要FTL层来进行一个转换和翻译的功能，使得上层可以像对一般块设备进行操作那样来对NAND Flash 进行操作，使得NAND Flash 的特殊性对于FTL 层以上是透明的不可见的，LLD 层主要用来直接驱动控制器来完成底层的具体操作，例如最基本的页读、页写、块擦除等操作；硬件层由NAND Flash 控制器和具体的NAND Flash 芯片构成。
嵌入式系统主要由微处理器、存储设备、总线标准、I/O外设等几大部分构成。随着制造工艺的成熟和体系结构的不断优化，如今无论面向低端应用还是高端应用，从8 位到64 位，都有很大的选择范围，能够很好的完成复杂的数据信息处理。现在需要的更多的是如何有效的存储和管理越来越多的数据，随着对大容量存储需求的日益迫切，NAND Flash因为其自身的特点成为了嵌入式设备，特别是消费类手持嵌入式设备的最主要存储解决方案。目前针对NAND Flash 的研究主要集中在硬件和软件两大块，硬件方面的研究主要希望尽一步加大存储容量，提高读写速度及数据可靠性，降低制造成本，统一各厂家的标准等；软件方面的研究主要集中在如何实现一个更优秀NAND Flash 的驱动程序。NAND Flash的驱动程序中牵涉到很多问题，比如如何更好的进行垃圾收集，负载均衡，坏块管理等等。本文主要介绍我们的NANDFlash 存储系统的驱动程序设计，主要是基于Linux 操作系统。
1 NAND Flash 存储系统的总体设计
NAND Flash 存储系统的分层结构如图1 所示。它由用户层、内核层与硬件层组成：用户层就是直接与用户联系，实际对存储器提出读写请求的应用程序，比如cp、rm 等命令，比如对存储器有读写请求的应用程序；内核层主要包括文件系统，比如EXT3、EXT2、FAT32 等文件系统，由于我们在接下来的块设备层中实现了闪存翻译层（FTL），所以文件系统可以采用任
何通用的文件系统，而不需要采用特殊的针对NAND Flash 的文件系统，比如JFFS2 等，块设备驱动层，主要实现统一的Linux 块设备驱动，主要完成块设备注册、定义块设备操作、请
求处理等工作，NAND Flash 设备驱动层，在这里NAND Flash设备驱动又分为FTL（flash translation layer）层与LLD（low leveldriver）层，由于NAND Flash 是一个特殊的存储设备，具有自身的特点，不同于一般的块设备，所以需要FTL层来进行一个转换和翻译的功能，使得上层可以像对一般块设备进行操作那样来对NAND Flash 进行操作，使得NAND Flash 的特殊性对于FTL 层以上是透明的不可见的，LLD 层主要用来直接驱动控制器来完成底层的具体操作，例如最基本的页读、页写、块擦除等操作；硬件层由NAND Flash 控制器和具体的NAND Flash 芯片构成。
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