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发表于:2005-12-5 17:03:06
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NOR FLASH和NAND FLASH

 
 

       NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR flash技术,彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。紧接着,1989年,东芝公司发表了NAND flash结构,强调降低每比特的成本,更高的性能,并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。但是经过了十多年之后,仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR和NAND闪存。
  相“flash存储器”经常可以与相“NOR存储器”互换使用。许多业内人士也搞不清楚NAND闪存技术相对于NOR技术的优越之处,因为大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码,这时NOR闪存更适合一些。而NAND则是高数据存储密度的理想解决方案。
  NOR的特点是芯片内执行(XIP, eXecute In Place),这样应用程序可以直接在flash闪存内运行,不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高,在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益,但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。
  NAND结构能提供极高的单元密度,可以达到高存储密度,并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于flash的管理和需要特殊的系统接口。


性能比较
  flash闪存是非易失存储器,可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行,所以大多数情况下,在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件执行擦除操作是十分简单的,而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。
  由于擦除NOR器件时是以64~128KB的块进行的,执行一个写入/擦除操作的时间为5s,与此相反,擦除NAND器件是以8~32KB的块进行的,执行相同的操作最多只需要4ms。
  执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NADN之间的性能差距,统计表明,对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时),更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进行。这样,当选择存储解决方案时,设计师必须权衡以下的各项因素。
  ● NOR的读速度比NAND稍快一些。
  ● NAND的写入速度比NOR快很多。
  ● NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。
  ● 大多数写入操作需要先进行擦除操作。
  ● NAND的擦除单元更小,相应的擦除电路更少。


接口差别
  NOR flash带有SRAM接口,有足够的地址引脚来寻址,可以很容易地存取其内部的每一个字节。
  NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据,各个产品或厂商的方法可能各不相同。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。
  NAND读和写操作采用512字节的块,这一点有点像硬盘管理此类操作,很自然地,基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。


容量和成本
  NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半,由于生产过程更为简单,NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量,也就相应地降低了价格。
  NOR flash占据了容量为1~16MB闪存市场的大部分,而NAND flash只是用在8~128MB的产品当中,这也说明NOR主要应用在代码存储介质中,NAND适合于数据存储,NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存储卡市场上所占份额最大。


可靠性和耐用性
  采用flahs介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性。对于需要扩展MTBF的系统来说,Flash是非常合适的存储方案。可以从寿命(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较NOR和NAND的可靠性。
  寿命(耐用性)
  在NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次,而NOR的擦写次数是十万次。NAND存储器除了具有10比1的块擦除周期优势,典型的NAND块尺寸要比NOR器件小8倍,每个NAND存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。
  位交换
  所有flash器件都受位交换现象的困扰。在某些情况下(很少见,NAND发生的次数要比NOR多),一个比特位会发生反转或被报告反转了。
  一位的变化可能不很明显,但是如果发生在一个关键文件上,这个小小的故障可能导致系统停机。如果只是报告有问题,多读几次就可能解决了。
  当然,如果这个位真的改变了,就必须采用错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法。位反转的问题更多见于NAND闪存,NAND的供应商建议使用NAND闪存的时候,同时使用EDC/ECC算法。
  这个问题对于用NAND存储多媒体信息时倒不是致命的。当然,如果用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其他敏感信息时,必须使用EDC/ECC系统以确保可靠性。
  坏块处理
  NAND器件中的坏块是随机分布的。以前也曾有过消除坏块的努力,但发现成品率太低,代价太高,根本不划算。
  NAND器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块,并将坏块标记为不可用。在已制成的器件中,如果通过可靠的方法不能进行这项处理,将导致高故障率。

易于使用
  可以非常直接地使用基于NOR的闪存,可以像其他存储器那样连接,并可以在上面直接运行代码。
  由于需要I/O接口,NAND要复杂得多。各种NAND器件的存取方法因厂家而异。
  在使用NAND器件时,必须先写入驱动程序,才能继续执行其他操作。向NAND器件写入信息需要相当的技巧,因为设计师绝不能向坏块写入,这就意味着在NAND器件上自始至终都必须进行虚拟映射。


软件支持
  当讨论软件支持的时候,应该区别基本的读/写/擦操作和高一级的用于磁盘仿真和闪存管理算法的软件,包括性能优化。
  在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持,在NAND器件上进行同样操作时,通常需要驱动程序,也就是内存技术驱动程序(MTD),NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。
  使用NOR器件时所需要的MTD要相对少一些,许多厂商都提供用于NOR器件的更高级软件,这其中包括M-System的TrueFFS驱动,该驱动被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等厂商所采用。
  驱动还用于对DiskOnChip产品进行仿真和NAND闪存的管理,包括纠错、坏块处理和损耗平衡。

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发表于:2005-12-5 9:18:17
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uc/OS与Linux的比较

      随着现代计算机技术的飞速发展和互联网技术的广泛应用,从pc时代过渡到了以个人数字助理、手持个人电脑和信息家电为代表的3c(计算机、通信、消费电子)一体的后pc时代。后pc时代里,嵌入式系统扮演了越来越重要的角色,被广泛应用于信息电器、移动计算机设备、网络设备和工控仿真等领域。嵌入式系统的开发也成为近年it行业的技术热点。
     完成简单功能的嵌入式系统一般不需要操作系统,如以前许多m cs51系列单片机组成的小系统就只是利用软件实现简单的控制环路。但是随着所谓后pc时代的来临,嵌入式系统设计日趋复杂,嵌入式操作系统就必不可少了。
    一般而言,嵌入式操作系统不同于一般意义的计算机操作系统,它有占用空间小、执行效率高、方便进行个性化定制和软件要求固化存储等特点。
    从八十年代起,国际上就有一些it组织、公司,开始进行商用嵌入式系统和专用操作系统的研发。这其中涌现了一些著名的嵌入式系统,如microsoft公司的 wince和windriversystem公司的vxworks就分别是非实时和实时嵌入式操作系统的代表。但是商用产品的造价都十分昂贵,用于一般用途会提高产品成本从而失去竞争力。
    uc/os和uclinux操作系统是两种性能优良源码公开且被广泛应用的的免费嵌入式操作系统,可以作为研究实时操作系统和非实时操作系统的典范。本文通过对 uc/os和uclinux的对比,分析和总结了嵌入式操作系统应用中的若干重要问题,归纳了嵌入式系统开发中操作系统的选型依据。
      两种开源嵌入式操作系统介绍
    uc/os和uclinux操作系统,是当前得到广泛应用的两种免费且公开源码的嵌入式操作系统。uc/os适合小型控制系统,具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点,最小内核可编译至2k。uclinux则是继承标准linux 的优良特性,针对嵌入式处理器的特点设计的一种操作系统,具有内嵌网络协议、支持多种文件系统,开发者可利用标准linux先验知识等优势。其编译后目标文件可控制在几百k量级。
    uc/os是一种免费公开源代码、结构小巧、具有可剥夺实时内核的实时操作系统。其内核提供任务调度与管理、时间管理、任务间同步与通信、内存管理和中断服务等功能。
     uclinux是一种优秀的嵌入式linux版本。uclinux是micro-conrol-linux的缩写。同标准linux相比,它集成了标准linux操作系统的稳定性、强大网络功能和出色的文件系统等主要优点。但是由于没有mmu(内存管理单元),其多任务的实现需要一定技巧。
       两种嵌入式操作系统主要性能比较
     嵌入式操作系统是嵌入式系统软硬件资源的控制中心,它以尽量合理的有效方法组织多个用户共享嵌入式系统的各种资源。其中用户指的是系统程序之上的所有软件。所谓合理有效的方法,指的就是操作系统如何协调并充分利用硬件资源来实现多任务。复杂的操作系统都支持文件系统,方便组织文件并易于对其规范化操作。
     嵌入式操作系统还有一个特点就是针对不同的平台,系统不是直接可用的,一般需要经过针对专门平台的移植操作系统才能正常工作。 进程调度、文件系统支持和系统移植是在嵌入式操作系统实际应用中最常见的问题,下文就从这几个角度入手对uc/os和uclinux进行分析比较。
     进程调度
   任务调度主要是协调任务对计算机系统内资源(如内存、i/o设备、cpu)的争夺使用。进程调度又称为cpu调度,其根本任务是按照某种原则为处于就绪状态的进程分配cpu。由于嵌入式系统中内存和i/o设备一般都和cpu同时归属于某进程,所以任务调度和进程调度概念相近,很多场合不加区分,下文中提到的任务其实就是进程的概念。
  进程调度可分为"剥夺型调度"和"非剥夺型调度"两种基本方式。所谓"非剥夺型调度"是指:一旦某个进程被调度执行,则该进程一直执行下去直至该进程结束,或由于某种原因自行放弃cpu进入等待状态,才将cpu重新分配给其他进程。所谓"剥夺型调度"是指:一旦就绪状态中出现优先权更高的进程,或者运行的进程已用满了规定的时间片时,便立即剥夺当前进程的运行(将其放回就绪状态),把cpu分配给其他进程。
     作为实时操作系统,uc/os是采用的可剥夺型实时多任务内核。可剥夺型的实时内核在任何时候都运行就绪了的最高优先级的任务。uc/os中最多可以支持64 个任务,分别对应优先级0~63,其中0为最高优先级。调度工作的内容可以分为两部分:最高优先级任务的寻找和任务切换。
    其最高优先级任务的寻找是通过建立就绪任务表来实现的。uc/os中的每一个任务都有独立的堆栈空间,并有一个称为任务控制块tcb(task control block)数据结构,其中第一个成员变量就是保存的任务堆栈指针。任务调度模块首先用变量 ostcbhighrdy记录当前最高级就绪任务的tcb地址,然后调用os_task_sw() 函数来进行任务切换。
   uclinux的进程调度沿用了linux的传统,系统每隔一定时间挂起进程,同时系统产生快速和周期性的时钟计时中断,并通过调度函数(定时器处理函数)决定进程什么时候拥有它的时间片。然后进行相关进程切换,这是通过父进程调用fork 函数生成子进程来实现的。
   uclinux系统fork调用完成后,要么子进程代替父进程执行(此时父进程已经 sleep),直到子进程调用exit退出;要么调用exec执行一个新的进程,这个时候产生可执行文件的加载,即使这个进程只是父进程的拷贝,这个过程也不可避免。当子进程执行exit或exec后,子进程使用wakeup把父进程唤醒,使父进程继续往下执行。
   uclinux由于没有mmu管理存储器,其对内存的访问是直接的,所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。操作系统队内存空间没有保护,各个进程实际上共享一个运行空间。这就需要实现多进程时进行数据保护,也导致了用户程序使用的空间可能占用到系统内核空间,这些问题在编程时都需要多加注意,否则容易导致系统崩溃。
    由上述分析可以得知,uc/os内核是针对实时系统的要求设计实现的,相对简单,可以满足较高的实时性要求。而uclinux则在结构上继承了标准linux的多任务实现方式,仅针对嵌入式处理器特点进行改良。其要实现实时性效果则需要使系统在实时内核的控制下运行,rt-linux就是可以实现这一个功能的一种实时内核。
     文件系统
   所谓文件系统是指负责存取和管理文件信息的机构,也可以说是负责文件的建立、撤销、组织、读写、修改、复制及对文件管理所需要的资源(如目录表、存储介质等)实施管理的软件部分。
   uc/os是面向中小型嵌入式系统的,如果包含全部功能(信号量、消息邮箱、消息队列及相关函数),编译后的uc/os内核仅有6~10kb,所以系统本身并没有对文件系统的支持。但是uc/os具有良好的扩展性能,如果需要的话也可自行加入文件系统的内容。
   uclinux则是继承了linux完善的文件系统性能。其采用的是romfs文件系统,这种文件系统相对于一般的ext2文件系统要求更少的空间。空间的节约来自于两个方面,首先内核支持romfs文件系统比支持ext2文件系统需要更少的代码,其次romfs文件系统相对简单,在建立文件系统超级块(superblock)需要更少的存储空间。romfs文件系统不支持动态擦写保存,对于系统需要动态保存的数据采用虚拟ram盘的方法进行处理(ram盘将采用ext2文件系统)。
    uclinux还继承了linux网络操作系统的优势,可以很方便的支持网络文件系统且内嵌tcp/ip协议,这为uclinux开发网络接入设备提供了便利。
   由两种操作系统对文件系统的支持可知,在复杂的需要较多文件处理的嵌入式系统中uclinux是一个不错的选择。而uc/os则主要适合一些控制系统。
    操作系统的移植
   嵌入式操作系统移植的目的是指使操作系统能在某个微处理器或微控制器上运行。uc/os和uclinux都是源码公开的操作系统,且其结构化设计便于把与处理器相关的部分分离出来,所以被移植到新的处理器上是可能的。
    以下对两种系统的移植分别予以说明。
   (1)uc/os的移植
   要移植uc/os,目标处理器必须满足以下要求;
  ·处理器的c编译器能产生可重入代码,且用c语言就可以打开和关闭中断;
  ·处理器支持中断,并能产生定时中断;
  ·处理器支持足够的ram(几k字节),作为多任务环境下的任务堆栈;
  ·处理器有将堆栈指针和其他cpu寄存器读出和存储到堆栈或内存中的指令。
   在理解了处理器和c编译器的技术细节后,uc/os的移植只需要修改与处理器相关的代码就可以了。具体有如下内容:
  ·os_cpu.h中需要设置一个常量来标识堆栈增长方向;
  ·os_cpu.h中需要声明几个用于开关中断和任务切换的宏;
  ·os_cpu.h中需要针对具体处理器的字长重新定义一系列数据类型;
   ·os_cpu_a.asm需要改写4个汇编语言的函数;
  ·os_cpu_c.c需要用c语言编写6个简单函数;
  ·修改主头文件include.h,将上面的三个文件和其他自己的头文件加入。
  (2)uclinux的移植 
   由于uclinux其实是linux针对嵌入式系统的一种改良,其结构比较复杂,相对 uc/os,uclinux的移植也复杂得多。一般而言要移植uclinux,目标处理器除了应满足上述uc/os应满足的条件外,还需要具有足够容量(几百k字节以上)外部rom和ram。
     uclinux的移植大致可以分为3个层次:
  ·结构层次的移植,如果待移植处理器的结构不同于任何已经支持的处理器结构,则需要修改linux/arch目录下相关处理器结构的文件。虽然uclinux内核代码的大部分是独立于处理器和其体系结构的,但是其最低级的代码也是特定于各个系统的。这主要表现在它们的中断处理上下文、内存映射的维护、任务上下文和初始化过程都是独特的。这些例行程序位于linux/arch/目录下。由于linux所支持体系结构的种类繁多,所以对一个新型的体系,其低级例程可以模仿与其相似的体系例程编写。
   ·平台层次的移植,如果待移植处理器是某种uclinux已支持体系的分支处理器,则需要在相关体系结构目录下建立相应目录并编写相应代码。如mc68ez328就是基于无mmu的m68k内核的。此时的移植需要创建 linux/arch/m68knommu/platform/ mc68ez328目录并在其下编写跟踪程序(实现用户程序到内核函数的接口等功能)、中断控制调度程序和向量初始化程序等。
   ·板级移植,如果你所用处理器已被uclinux支持的话,就只需要板级移植了。板级移植需要在linux/arch/?platform/中建立一个相应板的目录,再在其中建立相应的启动代码crt0_rom.s或crt0_ram.s和链接描述文档rom.ld或ram.ld就可以了。板级移植还包括驱动程序的编写和环境变量设置等内容。
   结语 
   通过对uc/os和uclinux的比较,可以看出这两种操作系统在应用方面各有优劣。 uc/os占用空间少,执行效率高,实时性能优良,且针对新处理器的移植相对简单。uclinux则占用空间相对较大,实时性能一般,针对新处理器的移植相对复杂。但是,uclinux具有对多种文件系统的支持能力、内嵌了tcp/ip协议,可以借鉴linux丰富的资源,对一些复杂的应用,uclinux具有相当优势。例如cisco 公司的 2500/3000/4000 路由器就是基于uclinux操作系统开发的。 总之,操作系统的选择是由嵌入式系统的需求决定的。简单的说就是,小型控制系统可充分利用uc/os小巧且实时性强的优势,如果开发pda和互联网连接终端等较为复杂的系统则uclinux是不错的选择。

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发表于:2005-12-1 17:35:21
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串口的基本知识

目前较为常用的串口有9针串口(DB9)和25针串口(DB25),通信距离较近时(<12m),可以用电缆线直接连接标准RS232端口(RS422,RS485较远),若距离较远,需附加调制解调器(MODEM)。最为简单且常用的是三线制接法,即地、接收数据和发送数据三脚相连,本文只涉及到最为基本的接法,且直接用RS232相连,以回答前段网友的咨询。

1.DB9和DB25的常用信号脚说明

 9针串口(DB9)

25针串口(DB25)

针号

功能说明

缩写

针号

功能说明

缩写

1

数据载波检测

DCD

8

数据载波检测

DCD
2接收数据RXD3接收数据RXD

3

发送数据

TXD

2

发送数据

TXD

4

数据终端准备

DTR

20

数据终端准备

DTR

5

信号地

GND

7

信号地

GND

6

数据设备准备好

DSR

6

数据准备好

DSR

7

请求发送RTS

4

请求发送

RTS

8

清除发送

CTS

5

清除发送

CTS

9

振铃指示

DELL

22

振铃指示

DELL

2.RS232C串口通信接线方法(三线制)

首先,串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现:同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连,两个串口相连或一个串口和多个串口相连

  • 同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连 对9针串口和25针串口,均是2与3直接相连;

  • 两个不同串口(不论是同一台计算机的两个串口或分别是不同计算机的串口)
 9针-9针25针-25针9针-25针
233222
322333
557757

上面表格是对微机标准串行口而言的,还有许多非标准设备,如接收GPS数据或电子罗盘数据,只要记住一个原则:接收数据针脚(或线)与发送数据针脚(或线)相连,彼些交叉,信号地对应相接,就能百战百胜。

3.串口调试中要注意的几点:

  • 不同编码机制不能混接,如RS232C不能直接与RS422接口相连,市面上专门的各种转换器卖,必须通过转换器才能连接;

  • 线路焊接要牢固,不然程序没问题,却因为接线问题误事;

  • 串口调试时,准备一个好用的调试工具,如串口调试助手、串口精灵等,有事半功倍之效果;

  • 强烈建议不要带电插拨串口,插拨时至少有一端是断电的,否则串口易损坏。

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