本文主要是關(guān)于SPI flash的相關(guān)介紹，并著重對SPI flash如何運(yùn)行程序以及應(yīng)用進(jìn)行了詳盡的闡述。

SPI flash

SPI一種通信接口。那么嚴(yán)格的來說SPI Flash是一種使用SPI通信的Flash，即，可能指NOR也可能是NAND。但現(xiàn)在大部分情況默認(rèn)下人們說的SPI Flash指的是SPI NorFlash。早期Norflash的接口是parallel的形式，即把數(shù)據(jù)線和地址線并排與IC的管腳連接。但是后來發(fā)現(xiàn)不同容量的Norflash不能硬件上兼容（數(shù)據(jù)線和地址線的數(shù)量不一樣），并且封裝比較大，占用了較大的PCB板位置，所以后來逐漸被SPI（串行接口）Norflash所取代。同時不同容量的SPI Norflash管腳也兼容封裝也更小。，至于現(xiàn)在很多人說起NOR flash直接都以SPI flash來代稱。

NorFlash根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈粩?shù)可以分為并行（Parallel，即地址線和數(shù)據(jù)線直接和處理器相連）NorFlash和串行（SPI，即通過SPI接口和處理器相連）NorFlash；區(qū)別主要就是：1、SPI NorFlash每次傳輸一bit位的數(shù)據(jù)，parallel連接的NorFlash每次傳輸多個bit位的數(shù)據(jù)（有x8和x16bit兩種）； 2、SPI NorFlash比parallel便宜，接口簡單點(diǎn)，但速度慢。

NandFlash是地址數(shù)據(jù)線復(fù)用的方式，接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一（x8bit和x16bit），所以不同容量再兼容性上基本沒什么問題。但是目前對產(chǎn)品的需求越來越小型化以及成本要求也越來越高，所以SPI NandFlash漸漸成為主流，并且采用SPI NANDFlash方案，主控也可以不需要傳統(tǒng)NAND控制器，只需要有SPI接口接口操作訪問，從而降低成本。另外SPI NandFlash封裝比傳統(tǒng)的封裝也小很多，故節(jié)省了PCB板的空間。

SPI flash如何運(yùn)行程序

上電后處理器要從地址0讀取指令，根據(jù)啟動方式將地址重映射后向總線發(fā)出請求并等待，spi flash控制器一位一位地給flash發(fā)命令發(fā)地址，再一位一位地讀回數(shù)據(jù)，響應(yīng)總線的請求。處理器要耐心等待，總線控制器會協(xié)調(diào)好的。等待是常有的事情，包括訪問nand flash，包括訪問ddr sdram。我感覺fpga的avalon總線時序有參考價值

SPI flash有哪些應(yīng)用

NOR flash和Nand flash相比

NOR缺點(diǎn)： 價格貴， 容量小， 擦除塊大， 擦除速度慢， NOR flash擦出壽命為100，000次， 遠(yuǎn)小于NAND flash的一百萬次。 NOR可以單字節(jié)編程， 也就是說一次只更新一個byte

NOR優(yōu)點(diǎn)： 讀速度快， 穩(wěn)定不會出現(xiàn)位反轉(zhuǎn)， 不需要EDC和ECC， 不需要壞塊管理

NOR flash通常一次可以寫一個字節(jié)， NAND flash內(nèi)存必須一次寫多個字節(jié)（通常為512字節(jié)）

NOR flash的優(yōu)缺點(diǎn)決定了它的應(yīng)用場： 適合存儲關(guān)鍵很少修改的數(shù)據(jù)， 比如bootloader kernel等代碼；不適合尺寸較大經(jīng)常修改的數(shù)據(jù)，比如用戶地圖， 庫文件等

3 wire SPI

正常的SPI使用四根線： clock， cs， MOSI， MISO. 可以把MOSI MISO合并為一根線（slave out/slave in SISO）上實(shí)現(xiàn)半雙工。 主要用來實(shí)現(xiàn)低速傳輸

DUAL SPI

對于SPI flash來說， 全雙工并不常用， 因此擴(kuò)展這兩根數(shù)據(jù)線， 使得他們支持半雙工傳輸， 加倍數(shù)據(jù)傳輸速度。 可以發(fā)送一個命令字節(jié)請求進(jìn)入dual mode， 然后MOSI就變成了SIO0（Serial I/O 0）， MISO變成了SIO1.

這種模式主要是針對SPI ROM， SPI flash設(shè)備， 需要進(jìn)行大數(shù)據(jù)量傳輸

QUAD SPI

quad SPI又增加了兩根I/O線（SIO2 SIO3）， 可以在一個時鐘周期傳送四個data bits. 通過使用特殊的命令， 使能quad mode.

Double data rate

除了使用多根I/O線， 某些設(shè)備還通過DDR技術(shù)增加傳輸速率

SPI NOR flash文件系統(tǒng)支持

NOR flash和普通機(jī)械硬盤， SSD， EMMC的最大區(qū)別就是NOR flash在寫之前，需要確保寫的位置是已經(jīng)擦除過的， 因此并不適合使用傳統(tǒng)的Ext2/3/4， FAT/NTFS等文件系統(tǒng)

甚至YAFFS類的文件系統(tǒng)也不適合NOR flash

JFFS和JFFS2

這兩個文件系統(tǒng)都可以支持NOR flash， 并且提供了垃圾回收， 壞塊管理， 磨損平衡。 二者都存在文件系統(tǒng)mount速度較慢的問題， 不適合大容量flash

YAFFS/YAFFS2

已經(jīng)被踢出主線內(nèi)核了， 基本廢棄了。

Cramfs/Squashfs

常規(guī)的只讀文件系統(tǒng)， 都支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮， 實(shí)現(xiàn)簡單， 速度快， 如果NOR flash存放的文件系統(tǒng)是只讀的， 盡量使用他們。 這些常規(guī)文件系統(tǒng)工作在傳統(tǒng)塊設(shè)備上， 需要內(nèi)核支持

CONFIG_MTD_BLKDEVS=y

CONFIG_MTD_BLOCK=y

Ext2/3/4 FAT/NTFS

支持讀寫的塊設(shè)備文件系統(tǒng)不適合工作用在NOR flash上， 因?yàn)镹OR flash寫操作會導(dǎo)致擦除操作， 速度慢， 影響壽命。

MTD模擬block device

打開CONFIG_MTD_BLOCK和CONFIG_MTD_BLKDEVS

啟動后/dev/下會增加幾個block設(shè)備

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， 寫入cramfs鏡像

首先， 在Host創(chuàng)建cramefs鏡像

mkfs.cramfs rootfs/ cramfs.img

dd命令導(dǎo)入鏡像

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上運(yùn)行JFFS2， JFFS2通過MTD接口操作NOR flash

創(chuàng)建JFFS2鏡像

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 如果不加這個參數(shù)， 生成的鏡像尺寸（文件系統(tǒng)大小）是按照rootfs/小內(nèi)容大小決定的；通過這個參數(shù)我們可以強(qiáng)制指定文件系統(tǒng)大小

燒寫JFFS2鏡像

有兩種燒寫方法：

1. 在uboot中把jffs2.img下載到DRAM中， 然后使用sf write命令把DRAM內(nèi)容燒寫到nor flash上

2. 進(jìn)入系統(tǒng)后使用 dd if=jffs2.img of=/dev/mtdblock4

二者性質(zhì)上實(shí)際相同， 都是直接把鏡像燒到NOR flash某段內(nèi)存中

掛載JFFS2文件系統(tǒng)

首先kernel要支持jffs2文件系統(tǒng)， 執(zhí)行如下命令

mount -t jffs2 /dev/mtdblock4 /mnt

文件系統(tǒng)掛載速度

由于JFFS2在掛載過程中需要執(zhí)行掃描， 構(gòu)造文件系統(tǒng)， 因此在同樣大小的mtdblock上， JFFS2掛載時間遠(yuǎn)大于EXT4文件系統(tǒng)

文件系統(tǒng)尺寸為0x740000（7.25MB）

Ext4掛載時間 root@evm：~# time mount -t ext4 /dev/mtdblock3 /mnt real 0m 0.06suser 0m 0.00ssys 0m 0.00s

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

結(jié)語

關(guān)于SPI flash的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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