WinCE中nandflash驱动开发介绍

先来谈一下flash，flash是一种非易失存储器，一般flash存储设备分为Nandflash和Norflash。这两种flash各有优缺点。在读写速度上，norflash的读速度快一些，nandflash的写速度会快一些。Nandflash的容量一般都比Norflash大很多，而且相比价格比较便宜。但是Norflash支持XIP，而nandflash不支持，而且Nandflash可能有坏块。相关的比较，网上很多文章都有介绍，这里就说这么多了。

这里介绍nandflash驱动，在WinCE中，有专门针对flash存储设备驱动的支持，一般传统采用FAL+FMD的架构。在WinCE最新的版本中，也就是Windows CE6.0 R2中，还支持MDD+PDD的架构。在FAL+FMD架构中，FAL层由微软来实现，我们需要实现FMD层的相关接口函数。在MDD+PDD的架构中，MDD替换了原来架构中的FAL，而PDD相当于原来的FMD，只要实现PDD层就可以了。如果你的系统已经升级到WinCE6.0 R2，那么你应该可以在/WINCE600/Public/COMMON/OAK/DRIVERS目录下面找到这两种架构驱动的源代码。 由于MDD+PDD的架构在WinCE6.0 R2中才有支持，本人也没有实现过。所以这里只介绍基于FAL+FMD架构下，nandflash驱动的开发，这也是目前大家都采用的开发flash驱动的架构。

如上面所说，我们需要实现FMD层的相关接口，下面来介绍一下各个接口函数：
1. PVOID FMD_Init(LPCTSTR lpActiveReg, PPCI_REG_INFO pRegIn, PPCI_REG_INFO pRegOut)： 这个是Flash设备的初始化函数。在WinCE启动的时候，要加载Flash驱动时，首先调用这个函数对flash设备进行初始化。如果你的系统中有nandflash的controller，那么你需要在这里对你的nandflash controller进行初始化。如果没有的话，你需要针对你的硬件设计进行相关的片选，时序等进行配置。返回一个handle表示成功，这个handle将被FMD_Deinit(..)函数用到，如果返回NULL表示失败。

2. BOOL FMD_Deinit(PVOID hFMD)： 这个函数在nandflash驱动卸载的时候被调用，参数就是FMD_Init函数返回的Handle.一般在这个函数里面，你可以释放一些用到的资源，然后关闭nandflash controller。

3. BOOL FMD_ReadSector(SECTOR_ADDR startSectorAddr, LPBYTE pSectorBuff, PSectorInfo pSectorInfoBuff, DWORD dwNumSectors)： 这个函数用于读nandflash的一个扇区。对于nandflash来说，分大page和小page，大page是2048个bytes一页，小page是512个bytes一页。所以大page每个扇区有2048 bytes，小page每个扇区有512 bytes。
startSectorAddr： nandflash物理扇区的起始地址，对于nandflash来说，就是nandflash中从哪个page开始。
pSectorBuff：扇区数据buffer，从nandflash中读出的每一个扇区的数据都存放在这个buffer中。
pSectorInfoBuff：扇区信息buffer，一般每个扇区的信息会被保存在nandflash的带外数据中，针对小page，带外数据有16 bytes，大page有64 bytes。从nandflash的带外数据将该扇区的相关信息读出来，存放在这个buffer中。
dwNumSectors：读取多少个扇区，对于nandflash来说相当于读取多少个page。

4. BOOL FMD_WriteSector(SECTOR_ADDR startSectorAddr, LPBYTE pSectorBuff, PSectorInfo pSectorInfoBuff, DWORD dwNumSectors)： 该函数用于写nandflash的一个扇区。参数和上面的FMD_ReadSector的参数意思一样，就不多说了。

5. BOOL FMD_EraseBlock(BLOCK_ID blockID)： 该函数用于擦出nandflash的一个block，参数为要擦除nandflash的block地址，也就是第几个block。

6. DWORD FMD_GetBlockStatus(BLOCK_ID blockID)： 该函数获得nandflash中某一个block的状态。参数为nandflash的block地址。由于nandflash中可能有坏块，所以针对nandflash，这个函数首先会检查当前块是否是坏块，这个一般通过读取当前block的第0个page和第1个page的带外数据。对于小page nandflash一般是读取第5个byte，对于大page nandflash一般读取第0个byte，如果不为0xff表示该块是坏块。当然，至于具体该读哪个byte，最好还是看一下所用nandflash的datasheet，确认一下，不同的厂家可能有所不同。如果发现该块是坏块，应该返回BLOCK_STATUS_BAD。如果不是坏块，需要读取这个块的起始扇区的扇区信息。如果读该扇区信息出错，应该返回BLOCK_STATUS_UNKNOWN，否则，判断独到的信息，返回相应结果。

7. BOOL FMD_SetBlockStatus(BLOCK_ID blockID, DWORD dwStatus)： 该函数设置nandflash某个block的状态，第一个参数是nandflash的block地址，第二个是要设置的状态。在这个函数中，首先检查dwStatus是不是BLOCK_STATUS_BAD，如果是就对nandflash作坏块标记，然后返回FALSE。如果不是，就将dwStatus写到该block的第0个page的扇区info中。这个函数和上面的函数正好是相反的。

8. BOOL FMD_GetInfo(PFlashInfo pFlashInfo)： 该函数用于返回flash的信息。其中pFlashInfo是一个包含flash信息的结构。
pFlashInfo->flashType：flash的类型，对于nandflash来说，应该是NAND。
pFlashInfo->wDataBytesPerSector：一个扇区多少个bytes，对于大page是2048，对于小page是512。
pFlashInfo->dwNumBlocks：flash中总共有多少个block，查一下所用的nandflash的datasheet就知道了。
pFlashInfo->wSectorsPerBlock：每个block中包含多少个扇区。
pFlashInfo->dwBytesPerBlock：每个block中包含多少个bytes。

9. VOID FMD_PowerDown()和VOID FMD_PowerUp()： 这两个函数用于电源管理。FMD_PowerDown()用于关闭flash设备电源，FMD_PowerUp()用于恢复flash设备电源。根据你所用处理器和相关硬件环境，去实现这两个函数。不实现也不会影响nandflash的使用。

10. BOOL FMD_OEMIoControl(..)： 就像很多的IOControl函数一样，根据不同的case，实现相应的功能。针对nandflash来说，这里面的case不一定都需要实现。事实上，如果什么都没有实现，也不影响nandflash的使用。在WinCE的文档中，定义了一些需要实现的case，你可以实现，也可以不去实现。

对于nandflash来说，实现上述函数就可以了。在nandflash出厂的时候，厂家已经对nandflash中的坏块进行了标记。所以第一次对nandflash操作的时候，不要随便擦除nandflash，因为这样可能会把坏块标记擦掉，这样你就判断不出哪个块是坏块了。

关于ECC校验，目前很多处理带有nandflash controller，而且nandflash controller带有硬件ECC功能。如果没有硬件ECC，也可以使用软件ECC，软ECC的代码可以在/WINCE600/PUBLIC/COMMON/OAK/DRIVERS/BLOCK/MSFLASHFMD/ECC下找到。一般来说，ECC校验会对512个BYTE产生3个字节的校验码，也就是说对小PAGE来说，每个PAGE有3个字节的ecc校验码；对于大PAGE来说，有12个字节。这些校验码应该在写扇区数据的时候，被写在扇区的带外数据里面。当读扇区数据时，会先把数据读出来，然后根据这些数据计算ecc，再和读出来的ecc进行比较，如果一致，则表示正确。

 

WinCE BSP中OAL层中的OEMIoControl介绍

在WinCE的BSP中的OAL部分，会有一个ioctl.c或者oemioctl.c文件，里面主要定义了一个叫OEMIoControl(..)的函数。可以说OEMIoControl是一个很有用的WinCE内核输入/输出函数。
在WinCE5.0中，应用程序和驱动程序可以通过调用KernelIoControl(..)函数来访问WinCE内核，导致调用OEMIoControl函数，这样应用程序和驱动程序就可以访问到OAL中的资源了。但在WinCE6.0中，提供了更好的安全性，应用程序能够访问OEMIoControl中的case受到了限制，只有下面的这些case是可以让应用程序访问的：
IOCTL_HAL_GET_CACHE_INFOIOCTL_HAL_GET_DEVICE_INFOIOCTL_HAL_GET_DEVICEIDIOCTL_HAL_GET_UUIDIOCTL_PROCESSOR_INFORMATION
如果用户在应用程序中试图访问其他的case，肯定会返回失败的。在WinCE6.0中，驱动程序还像以前一样，可以访问OEMIoControl中的任何case。也许有人会问，那么我们如何让应用程序也访问到一些case呢？？
办法还是有的，可以看一下/WINCE600/public/common/oak/oalioctl/oalioctl.c，这个文件中定义了应用程序可以访问的case，把你的应用程序要访问的case加到这个文件中的IOControl(..)函数中就可以了。当然，你需要重新编译/public目录。
在WinCE5.0中，OEMIoControl函数被定义在BSP中的OAL部分，上面已经提到，应该是ioctl.c或者oemioctl.c，但是在WinCE6.0中，这个函数的定义被移到了/WINCE600/platform/common/src/common/ioctl/ioctl.c中了，这里面的OEMIoControl函数和以前也有了变化，该函数会查一个表：g_oalIoCtlTable[]。该表实际上是一个结构数组，定义了OEMIoControl中所有的case，已经针对这个case的处理函数，还包括一个针对每个case的flag，该flag表示是否使用临界区保护。具体定义如下：typedef struct { UINT32 code; UINT32 flags; BOOL (*pfnHandler) (UINT32, VOID*, UINT32, VOID*, UINT32, UINT32*);} OAL_IOCTL_HANDLER, *POAL_IOCTL_HANDLER;
所以，在WinCE6.0的BSP中，我们只需要实现g_oalIoCtlTable[]就可以了。例如：
const OAL_IOCTL_HANDLER g_oalIoCtlTable[]={{ IOCTL_HAL_POSTINIT, 0, OALIoCtlHalPostInit },{ IOCTL_HAL_GET_HIVE_CLEAN_FLAG, 0, OALIoCtlHalGetHiveCleanFlag },{ IOCTL_HAL_GET_HWENTROPY, 0, OALIoCtlHalGetHWEntropy },{ IOCTL_HAL_GET_IMAGE_SIGNED_STATE, 0, OALIoCtlHalGetImageSignedState },{ IOCTL_HAL_QUERY_FORMAT_PARTITION, 0, OALIoCtlHalQueryFormatPartition },{ 0, 0, NULL}};
在OEMIoControl函数中，我们不光要实现OEMIoControl中的case，有一些全局的OAL变量我们也需要定义：
g_oalIoCtlClockSpeed
This global variable contains information about the processor clock speed.
g_oalIoCtlInstructionSet
This global variable contains the processor instruction set identifier.
g_oalIoCtlPlatformOEM
This global variable contains information about the hardware platform OEM.
g_oalIoCtlPlatformType
This global variable contains information about the hardware platform type.
g_oalIoCtlProcessorCore
This global variable contains information about the processor core.
g_oalIoCtlProcessorName
This global variable contains information about the processor name.
g_oalIoCtlProcessorVendor
This global variable contains information about the processor vendor.
其实都是一些硬件及平台的相关信息，定义一下就可以了。
有时根据具体需要，我们还希望在OEMIoControl函数中添加自己定义的case，这个比较简单，只要定义个case，然后在这个case下写你的实现代码就可以了，驱动程序通过KernelIoControl调用同样的case就可以调用到你在OEMIoControl中定义的case了。关于case值得定义，一般都在2048到4096之间会比较安全，我记得在WinCE6.0下，看微软的代码好像256以上就可以了，具体没有试过，要是保险的话，还是用2048以上的值吧。

 

OEMAddressTable介绍

一般在ARM架构的CPU上，物理地址都是统一编址的，寻址空间为4GB(32Bit CPU)。也就是说，针对一个ARM的处理器，它可以访问的物理空间是4GB。在WinCE中，ARM中的4GB物理地址空间将被映射为512MB的虚拟内存空间。 OEMAddressTable就是一个4GB物理地址空间到WinCE Kernel中的512MB虚拟地址空间的映射表。
在BSP中，会定义OEMAddressTable来描述系统中可访问的物理空间及对应的虚拟地址空间，还有大小。这个表会在WinCE系统开始启动的时候传给MMU，具体到BSP中应该是在OAL中的startup.s中，OEMAddressTable的起始地址会被放到r0寄存器中，然后就跳转到KernelStart里面，KernelStart会用OEMAddressTable完成MMU得初始化。当WinCE启动以后，就只能访问虚拟地址空间了。
举个例子，比如我们要开发一个Flash的驱动程序，那么首先我们知道这个flash所接的片选对应的物理起始地址是多少(假如是0x60000000)，大小是多少(假如是0x2000000)。如果我们要在WinCE中访问它，就必须为它定义一个虚拟地址(假如是0x80000000)，并添加到OEMAddressTable中，这样，我们才能在我们的驱动里面通过这个虚拟地址访问到flash。
虚拟地址不是随便定义的，WinCE中有规定，必须在0x80000000---0x9FFFFFFF。实际上WinCE创建了两套虚拟地址空间，一个是0x80000000---0x9FFFFFFF，是Cache Enabled。另一个是0xA0000000---0xBFFFFFFF，是Cache Disabled。有啥区别呢：
如果我们访问的这个空间只是一段内存空间(比如SDRAM)，那么就可以用Cache Enabled的空间来访问，这样存取数据的速度会比较快，因为数据被保存在Cache中。
如果我们访问的这个空间是一个外设的地址，那么我们就要使用Cached Disabled的空间来访问，这样才能使CPU与外设同步。
可能说得有点绕，我的经验就是：只要是SDRAM，可以用Cache Enabled空间访问。如果是寄存器，就用Cache Disabled空间访问。
如何定义OEMAddressTable呢，如果安装了WinCE5.0或者6.0，那么提供的参考BSP中都已经有定义了，在BSP目录下搜索“OEMAddressTable”，一看代码就明白了，这里重复一下，格式如下：
虚拟地址 物理地址 大小
比如：
OEMAddressTable:
dd 0x80000000 0x60000000 0x2000000
dd 0 0 0
上面这个表定义了一个flash的物理地址到虚拟地址的映射，物理地址是0x60000000，虚拟地址是0x80000000，大小是32MB。OEMAddressTable最后必须以0结尾，表示OEMAddressTable结束。

总之，说白了就是一张物理地址/虚拟地址映射表，当我们要在WinCE中要访问相关硬件的时候，查查这张表，然后通过虚拟地址就可以访问了。如果没有定义，自己添加一个物理地址到虚拟地址的映射就好了。