Nand Flash作為一種安全、快速的存儲體，因其具有體積小、容量大、成本低、掉電數 據不丟失等一系列優點，已逐步取代其它半導體存儲元件，成為嵌入式系統中數據存儲的主 要載體。盡管Nand Flash的每個單元塊相互獨立，且每塊一般可擦除次數高達10～100萬次， 但是隨著擦寫次數增加，會有一些單元塊逐漸變得不穩定或失效從而形成永久性壞塊。因此， 要避免頻繁地對同一塊進行操作，盡量達到擦寫次數均衡；同時，由于擦除操作耗時較多， 會對系統的實時性造成影響。為此，本文介紹了一種基于磨損均衡思想的Nand Flash存儲管 理方式，并深入討論了該方式在Ti公司的DSP TMS320F28x中的程序實現。

　　1 器件介紹

　　本文中采用的Nand Flash芯片K9F6408U0C是一塊擁有8M(8,388,608)×8bit存儲空間及 256K(262，144)×8bit輔用存儲空間的存儲芯片，電源電壓為1.8V－3.3V。芯片內部按塊和 頁的方式來組織的，如圖1所示，共分成1024個塊,每塊包含16個頁,每頁內有528個字節。 F28x系列DSP是美國TI公司最新推出的C2000平臺上的定點DSP芯片。

圖1 K9F6408UOC內部結構示意圖

　　F28x系列芯片具有 低成本、低功耗和高效能等特點，特別適用于有大量數據處理的測控場合。

　　2 Flash的特點及存儲管理的作用

　　由K9F6408U0C的基本結構可以知道，它的基本單位有塊、頁、字節等。 Nand Flash 芯片具有如下特點：

　　Flash寫：通過寫命令將每個字節存儲單元中的1變為0；寫操作不能把0變為1。

　　Flash擦除：擦除命令是Flash中存儲單元0變為1的唯一途徑，一旦對某一塊中的某一位 寫0，要再改變成1，則必須執行擦除命令。

　　通常，對于容量較小的Flash塊的操作過程是：先把整個塊的數據讀到RAM中，在RAM中 修改數據內容，再擦除整個塊，最后寫入修改后的數據。顯然，這樣頻繁復雜的讀-擦除- 寫操作，對于Flash的使用壽命以及系統性能是很不利的，而且微處理器中通常RAM大小有限。 因此在硬件條件苛刻的嵌入式系統中就迫切需要一種合理的存儲管理方式以便有效地均衡 Flash各個存儲塊的擦寫次數，提高Flash的使用壽命，從而提高數據存儲的安全性。

　　3 存儲管理系統的設計

　　3.1建立壞塊管理表

　　Nand Flash由于生產工藝的問題，不可避免的會存在一些壞塊，這些壞塊在芯片出廠前 都已被標識好。根據Nand Flash數據手冊中的介紹，在每一塊的第一頁與第二頁的Spare area 的第六個字節（也就是該頁的第517字節）即是出廠時的壞塊標識位，如果某塊的該兩頁的 第517字節內容不同時為0xFF，則代表該塊為廠家標識壞塊。這種壞塊的檢測必須在對芯 片進行擦除前進行，因為廠家壞塊有可能也能夠被進行擦除操作，如使用這種塊將對數據安 全留下一定的隱患。

　　Nand Flash在出廠前會保證每塊芯片的第一塊與第二塊是完好的，所以在本文的設計中，采用的方式是將壞塊管理表存放在第一塊的第一頁的前128個字節中，每個字節的一位代表芯片的一塊，如該位為1剛表明該塊是好的，為0則表示對應塊為壞塊。壞塊管理表的建立是必需的，而且最好是在芯片進行其它擦寫操作前進行。

　　3.2 Flash存儲空間管理

　　在本文設計的Flash空間管理中，Flash的存儲塊被分為空閑塊（Free，即空白沒寫數據 的好塊），有效塊（Valid，即存有有效數據的塊，不能被擦除），無效塊（Invalid，即數 據已無效或是寫入錯誤塊，可被擦除），保留塊（Reserve，用于替換新產生的壞塊），其它的則為壞塊，所有存儲塊的管理均采用單向鏈表方式進行管理。

　　在大部分的Flash存儲空間管理系統中可能并不存在保留塊，在本系統中增加保留塊的 作用主要是，當部分存儲塊因為反復擦寫成為新的壞塊時，可以用保留塊取而代之成為新的空閑塊，從而使得留給用戶的可用存儲塊總數在一定時期內是一定的，這樣做的優點是可以增強數據的安全性，延長整個Flash的使用周期，缺點是用戶可用的存儲空間相對減少，不過在Flash芯片技術迅速發展的今天，大容量的Flash芯片價格已經十分低廉，數據安全才是嵌入式系統設計最值得重視的。

　　在本文的設計中，統一規定Flash每一塊的第一頁的Spare Area為數據塊狀態信息標記區，具體規定如表2所示：