智能终端中正确高效地使用Flash的研究

赵 雷，程 瑶

(1．中国电子科技集团公司第10研究所,四川 成都 610000；2．重庆理工大学 电子信息与自动化学院,重庆 400050)

智能终端中正确高效地使用Flash的研究

赵 雷1，程 瑶2

(1．中国电子科技集团公司第10研究所,四川 成都 610000；2．重庆理工大学 电子信息与自动化学院,重庆 400050)

随着当今宽带无线接入技术和移动终端技术的飞速发展，移动互联网得到了迅猛发展。Flash闪存作为一种非易失性存储器在智能移动终端中得到了非常广泛的应用。文中以S3C2410A处理器和RC28F256P30 Flash为平台，讨论了Flash在移动互联网应用中的常见问题，对Flash的互斥访问、操作结果状态判断以及地址对齐问题进行了实验分析。通过分析和实验验证说明，对Flash的读、写及擦除等操作需要互斥进行，各种操作不能出现交叉，否则将无法得到预期的结果；在写入、擦除等操作后需要对操作结果进行全面的状态判断，以免出现错误的结果；在对Flash访问时需要注意地址对齐问题，否则可能会出现数据的错位。通过遵守上面的原则，可以避免在Flash使用中的错误。

移动互联网；Flash；互斥访问；状态判断；对齐访问

0 引 言

移动互联网是指通过智能移动终端，采用移动无线通信方式获取网络服务。随着宽带无线接入技术和移动终端技术的飞速发展，移动互联网得到了迅猛发展，它已经渗透到了人们生活和工作的方方面面，改变了人类的生活方式。4G时代的开启必将为移动互联网的发展注入更多的活力，移动互联网产业必将迎来前所未有的飞跃[1-4]。

Flash闪存是一种广泛应用于智能移动终端中的非易失性存储器。它结合了ROM和RAM的优点，在可以断电保存数据的同时具有较高的访问速度。其存储特性相当于硬盘，这项特性正是闪存成为各类移动终端设备存储介质的基础[5-10]。正确和规范地使用Flash是非常有必要的，如果在Flash使用中出错的话会导致系统出错，轻则功能失常，重则系统崩溃，无法使用。

文中采用基于S3C2410A和RC28F256P30的实验平台对Flash应用中的互斥访问、操作状态判断以及对齐访问进行了实验分析[11-14]，提出了在Flash应用中需要注意的各种问题及可能导致的后果。

1 Flash应用常见问题实验分析

1.1 Flash互斥访问

在使用Flash的过程中，需要时刻注意各种Flash访问的互斥性，即对Flash的读、写和擦除操作不能出现交叉，比如说在Flash的某个扇区还没有擦除完成时不能进行Flash的写和读操作，否则会导致访问出错。由Flash芯片手册可知，当对Flash芯片写入擦除建立和擦除确认命令开始擦除处理后，芯片只能响应读取状态和擦除挂起命令，其他所有的命令都将被忽略。由此可以推断，当在Flash的擦除过程中又发起对Flash的读访问，读出的数据将会是Flash的状态而非存储在Flash上的数据，这显然不是用户所希望得到的结果。而如果在Flash擦除过程中进行写入操作，由于写入操作命令会被芯片忽略，数据将无法写入Flash，同样也会造成出错。为了验证上述的分析，编写测试代码如下：

void testMutexAccess(void)

{

UINT16 rdData1, rdData2, rdData3;

UINT16 status=0;

/*正常擦除*/

unlockSector(0x4100000);

*(UINT16*)0x4100000=0x0020;

*(UINT16*)0x4100000=0x00d0;

while((status & 0x0080)!=0x0080)

{status=*(UINT16*)0x4100000;}

*(UINT16*)0x4100000=0x00ff;

/*正常写入后读出*/

*(UINT16*)0x4100000=0x0040;

*(UINT16*)0x4100000=0x1234;

status=0;

while((status & 0x0080)!=0x0080)

{status =*(UINT16*)0x4100000;}

*(UINT16*)0x4100000=0x00ff;

rdData1=*(UINT16*)0x4100000;

/*擦除过程中读出*/

unlockSector(0x41a0000);

*(UINT16*)0x41a0000=0x0020;

*(UINT16*)0x41a0000=0x00d0;

*(UINT16*)0x41a0000=0x00ff;

rdData2=*(UINT16*)0x4100000;

status=0;

while((status & 0x0080)!=0x0080)

{status=*(UINT16*)0x4100000;}

*(UINT16*)0x4100000=0x00ff;

/*擦除过程中写入再读出*/

unlockSector(0x4180000);

*(UINT16*)0x4180000=0x0020;

*(UINT16*)0x4180000=0x00d0;

*(UINT16*)0x4100002=0x0040;

*(UINT16*)0x4100002=0x5678;

status=0;

while((status & 0x0080)!=0x0080)

{status=*(UINT16*)0x4100002;}

*(UINT16*)0x4100000=0x00ff;

rdData3=*(UINT16*)0x4100002;

logMsg("rdData1=%x rdData2=%x rdData3=%x. ",rdData1,rdData2,rdData3,0,0,0);

测试程序首先正常擦除地址0x4100000处的扇区，然后在0x4100000地址处写入数据0x1234，运行结果证明数据被正确写入。然后程序开始擦除0x41a0000地址处的扇区，并在擦除过程中读取上一步写入0x4100000处的数据，结果证明这种操作会出错，读出的不是刚才写入的数据而是Flash的状态(0x0)。最后擦除地址0x4180000处的扇区，并在擦除过程中往0x4100002地址写入数据0x5678，结果证明数据无法写入，地址0x4100002处还是初始值0xffff。

上面讨论的是操作执行过程中出现交叉操作的问题，还有另外一种交叉是Flash操作命令序列间直接出现交叉，其现象根据命令的不同而有差别。当向Flash写入擦除建立(0x0020)命令后，不是跟着写入擦除确认(0x00d0)命令而是写入编程建立命令(0x0040)，这时会导致Flash状态出错而无法正确完成操作，如图1所示。

图1 Flash命令序列交叉访问试验

而如果首先向Flash写入编程建立命令(0x0040)再跟着写入擦除建立命令(0x0020)的话，擦除建立命令会被当作数据写入Flash相应地址，而后续的擦除操作则无法完成，本来待写入的数据也无法正确写入。

1.2 Flash操作状态判断

在RC28F256P30芯片内部有一个状态寄存器，用于指示扇区擦除、数据写入等操作的结果，包括操作是否完成，是否成功，是否处于写保护状态以及命令序列是否正确，等等。状态寄存器的各个比特位的定义如图2所示。

图2 状态寄存器描述

在对Flash芯片进行了擦除以及写入等操作后，必须对操作的结果进行判断确认以避免出现各种错误。下面对操作中如果不进行状态判断可能出现的问题进行实验分析。

RC28F256P30上电时各个扇区默认处于软件写保护(Locked)状态，在对扇区进行擦除操作前需要首先对待擦除扇区进行解锁操作，否则的话将无法正确完成对扇区的擦除。首先对基地址0x4100000处的扇区进行正常的擦除操作并观察状态，然后对0x4180000扇区不解锁而直接进行擦除操作，发现这样虽然状态也会指示擦除完成，但是擦除状态比特位(Bit 5)会提示擦除失败，而且扇区锁定状态位(Bit 1)会提示扇区处于锁定状态。结果如图3所示。

图3 Flash不解锁直接擦除状态判断

可见仅仅对操作执行状态位(Bit 7)进行判断是不够的，必须还要判断其他的状态位才能确认操作是否正确完成，否则可能会导致错误。

对Flash的各种操作命令序列必须连续且正确地输入，比如说扇区擦除操作，必须先在扇区地址范围内写入擦除建立命令0x0020，然后跟着写入擦除确认命令0x00d0。如果后面写入的命令不是0x00d0，则Flash状态寄存器会报错，其BIT4和BIT5会同时置位，如图4所示。

图4 Flash错误命令序列输入实验

对于Flash状态判断的另一个需要注意的地方就是，当出现错误状态后将要进行其他新的操作前要使用状态清除命令(clear status)清除之前的错误状态，否则该错误状态将会一直存在而影响后续操作的结果判断，导致后续本来正确的操作被判断为出错。为了验证这个问题进行如下实验。首先故意输入错误的命令序列(0x0020,0x0030)导致状态寄存器提示出错，对Flash进行复位后进行Flash的写入，实验显示Flash的写入成功完成，但是读出状态仍然是开始错误命令序列的0x00b0错误状态，结果如图5所示。

图5 Flash错误状态清除实验

1.3 Flash对齐访问

所谓对齐访问是指处理器在访问存储器时目标地址是所访问数据类型字节数的整数倍。文中设计选用的处理器S3C2410A作为ARM处理器要求对齐访问，即存取字数据时要求四字节对齐，目标地址的最低两位(A0、A1)会被忽略，而存取半字时要求两字节对齐，目标地址的最低一位(A0)会被忽略。对于Flash的操作，也要考虑对齐问题。文中设计的Flash是16位的，要求双字节对齐，如果使用了非对齐的地址访问，则可能得到与预期不一致的结果。比如说向Flash中0x4100001地址写入数据，因为地址是奇数，没有双字节对齐，则数据在写入Flash时会发生错位，因为最低位(A0)地址是会被忽略的，所以其实最终是向0x4100000和0x4100001两个字节地址写入了数据，而非预期的0x4100001和0x4100002。编写的写入测试程序如下：

STATUS programWord(UINT32 flashAddress,UINT16 data)

{

STATUS status=0;

*(volatile UINT16*)(flashAddress)=0x0040;

*(volatile UINT16*)(flashAddress)=data;

while((status & 0x0080)!=0x0080)

{

status=*(UINT16*)(flashAddress);

}

*(UINT16*)(flashAddress)=0x00ff;

}

2 结束语

移动互联网在人们的日常工作和生活中得到了广泛的应用，改变了人们的生活方式。Flash几乎存在于每个智能移动终端中，其正确使用显得尤为重要。为了能够在应用中正确高效地使用Flash，避免因为Flash使用不当而造成的各种损失，文中通过实验研究说明了在Flash使用中必须要注意的事项：对Flash的各种操作必须互斥进行，不能交叉，否则可能导致出错；在各种操作后必须进行全面的状态判断，不能只是简单地判断操作是否完成，以免得到错误的结果；在对Flash访问时要注意地址对齐，在进行非对齐的访问时会发生数据的错位。

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Research on Correct and Efficient Application of Flash in Intelligent Terminal

ZHAO Lei1，CHENG Yao2

(1.The Tenth Research Institute of China Electronic Technology Group Corporation,Chengdu 610000,China；2.School of Electronic Information and Automation,Chongqing University of Technology,Chongqing 400050,China)

Along with the flying development of broadband wireless access and mobile terminal,mobile internet has developed very rapidly.As a kind of non-volatile memory,Flash has been used widely in smart mobile terminals.The common problems for Flash in mobile internet application have been discussed in this paper based on Samsung S3C2410A processor and Intel RC28F256P30 Flash.It is proved through analysis and experiment that various operations to Flash should be mutually exclusive,they should not be interleaved,or you may not get the expected result.A full status check should be taken after word program,sector erase to avoid wrong result indication.And one should pay attention to the address alignment when using Flash,if the address is not aligned,the data wrote to Flash may get shifted unexpectedly.It can avoid the errors in using Flash according to above principles.

mobile Internet;Flash;exclusive access;status check;aligned access

2015-06-30

2015-10-13

时间：2016-05-05

国家自然科学基金资助项目(51205434，51275551);重庆市教委科学技术研究资助项目(KJ1500935)

赵 雷(1980-)，男，硕士，高级工程师，研究方向为嵌入式系统设计。

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20160505.0817.042.html

TP31

A

1673-629X(2016)05-0128-04

10.3969/j.issn.1673-629X.2016.05.27