GD32 FATFS+FTL Nand解决方案

1. 方案简介

Nand flash有非易失、存储容量大、寿命长等优点;同时具有存在坏块、擦除次数有限、易出现error bit的缺点;并且具有擦除以block(块)为单位，写入以page(页)为单位，读取以sector(512 byte)为单位的特点。

基于上述原因，对Nand flash的应用不仅要避免坏块、均衡块擦除次数、纠正error bit，而且需要按照其读写擦的特点进行应用。若没有一套管理软件针对nand的特性，则对其应用将非常困难。

FTL(Flash Transform Layer)是基于nand flash的管理算法软件，可解决上述提出的所有问题，将Nand flash模拟成如。

▲ FTL软件架构图

2. 功能描述

FTL(Flash Transform Layer)是基于nand flash的管理算法软件，具有地址映射管理，垃圾回收，坏块管理和磨损均衡等功能。

• 地址映射：上层应用使用逻辑地址来访问，FTL把逻辑地址映射到不同物理地址上，管理着每个逻辑地址最新的数据存放的物理位置。

• 垃圾回收：随着数据的写入，闪存设备上有些块的部分数据已经无效了，需要把有效的数据从块上搬走，然后擦除用来接收新的数据。

• 磨损均衡：因为每个块的P/E次数是有限的，某些块可能被重复使用而损坏了，而有些块数据很少被访问，所以一直没有进行操作过。为了避免这种情况，FTL加入磨损均衡的功能，大致是通过控制垃圾回收和空块池的管理，从而平衡每个块的使用次数。

• 坏块管理：由于Flash本身就存在部分坏块，在使用的过程中部分块会变坏，所以FTL在管理的时候需要避开这些无用块，把使用后变得不稳定块上的数据及时拷贝到稳定位置。

BCH软件实现error bit错误检查和纠正功能，对于Nand flash本身不带ECC “Error Correcting Code”功能的方案中是不可或缺的。BCH软件对用户写入flash的数据进行编码，当用户读取写入flash的数据时，按照编码规则对数据进行解码，当发现error bit时，对error bit进行纠正，保证数据可靠性。

3. 主要特性

相对于目前存在的Nand flash管理软件方案，FTL具有读写速度快、内存消耗小、擦除块磨损均衡好的特点。

A) FTL方案在相同平台下(GD32F450+SPI2G颗粒)与YAFFS嵌入式文件系统分别做性能测试，测试结果如下:

B) FTL方案在相同平台下(GD32F450+SPI2G颗粒)与YAFFS嵌入式文件系统分别做内存消耗统计，统计结果如下：

C) FTL方案在相同平台下(GD32F450+SPI2G颗粒)与YAFFS嵌入式文件系统分别做磨损均衡测试，统计结果如下：(注：block 1023为坏块)

4. 开发资料

推荐用于功能评估的开发板型号为GD32450i-EVAL和GD32303E-EVAL，支持SPI/EXMC两种接口nand flash。

我们可提供评估套件、用户指南、硬件原理图、软件代码等整套的开发资料，请联系您当地的GigaDevice销售办事处或GD32授权代理商获取。

5. 典型应用

对于一些要求存储容量较高的使用场景，FTL使用尤为突出。如图片、音频、视频的保存、重要信息的保存等。

工业领域，如电表、水表信息的存储;汽车电子领域，如设备运行状态信息存储;消费电子领域，如摄像监控视频、图片存储。

审核编辑：汤梓红