NAND FLASH学习(一) nand flash操作概述

由于NAND FLASH擦除时，只能按按块擦除，因此在写扇区时，
首先要擦除一个块。在擦除块前，必须将块内其他数据复制出来，
由于一个块比较大（128KB），无法在MCU内开辟如此大的缓冲区。
只好借助该NAND FLASH内的页复制命令，将原来的块暂时复制到
一个交换用的交换块中。但是如果仅用一个块作为交换的话，它
就会被频繁擦写，因而寿命会大大降低。所以在该系统中，保留了
10个块用来作为交换区，轮流使用。另外对扇区的连续写进行了
优化，当连续写扇区时，就不必每次重复上面的操作，只有当地址
跨块时，才需要重新擦除。连续写扇区的实现原理如下：当检测到
扇区地址跨块时，就把原来的整块数据复制到交换块中，然后将
该块内当前所写地址的前面部分页面复制到原来的块中，接着就从
交换块中取出当前扇区地址所在页（使用页复制-随机写入命令），
再把一个扇区的数据写入，并接着写入其他扇区，当扇区地址跨页
时，就把该页写入到原来的块中，直到扇区被写完（当然如果写
的过程中跨块了，还需要重复前面的块擦除以及复制过程）。接着
把交换块中剩余的页再复制回原来的块中，这样一个连续写过程就
完成了。

    因为NAND FLASH在生产和使用过程中，会产生坏块，所以必须
增加坏块管理。在该系统中，保留了50个块用做坏块管理。当上述
的擦、写过程中，如果发现坏块，那么就把该块的地址重新影射到
一个保留的块中。以后每次对该坏块地址操作时，都被重新定位到
新的块地址。使用一个二维数组来保存该影射关系。二维数组的前
半部分为坏块地址，后半部分为重新影射过后的块地址。每当发现
坏块时，就需要重建这张表（主要是增加新的影射并排序，方便地
址重新影射的二分查表法），并将其三份一样的写入到专门为此而
保留的三个块中。之所以使用三个备份保存，是考虑到这些数据的
重要性，因为一旦这个影射关系被破坏，后果将会是灾难性的。在
保存这个表格时，做了特殊处理，首先标志他们准备擦除，然后才
依次擦除并写入数据，这样即使在操作过程中突然断电，也至少有
两个块的备份数据是可以用的，在系统开机初始化时，可以将这些
数据恢复。数据使用了特殊标志（0x0055AAFF）以及累加和校验来
判断是否有效。对于新出厂的FALSH，在加载坏块表时，就会校验
失败，程序就会假设没有坏块并初始化该数组后保存。每个备用块
还由另外一个数组用来标志其状态（未用、已损坏、已用等）。
当需要使用新的备用块时，就从该数组中查找未用的，并标志为
已用。如果备用块本身是坏的，那么就标志它已损坏。该数组与
坏块重影射表一并保存。此外还保存了当前坏块的数量。

    地址的重新影射过程：当对一个地址进行读写操作时，首先要
对其进行重影射。首先判断是否有坏块，当坏块数量为0时，就直接
返回原来的地址即可。当坏块数量不为0时，先判断最后一次访问和
本次访问的地址是否属于同一页，如果属于，那么就直接影射到上
一次影射过的块地址。如果不属于，那么就需要去查坏块影射表了。
如果只有一个坏块，只要直接比较即可，不用查表。如果坏块数量
大于2，那么就需要查表。由于表中地址是按从小到大的顺序排列的，
所以可以先和第一个和最后一个判断，如果不在该范围内，那么也
不用重新影射，返回原来的地址即可。如果在该范围内，就使用二
分查表法查表，搜索它是否在坏块表中。如果是的话，就重新影射
地址，并将这个地址保存，以备下一次重影射时地址未跨块直接使用。
最大支持50个坏块，在最坏的情况下，该二分查表法需要判断6次。