【连载】【FPGA黑金开发板】NIOS II那些事儿FLASH实验(十五)

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      这一节，我们来讲一讲如何使用FLASH。在嵌入式系统中，Flash 是最常用组件之一。许多使用过 FLASH的都知道，FLASH 的特点是“读来容易写来难”。通常情况，我们是可以直接读出 FLASH中的内容的，但如果要写入数据，就要发送一长串命令，比如像：555 ，AA，2AA，55，555，A0，PA，PD就表示对PA地址写入数据PD。

      而在NIOS开发过程中，FLASH的这些繁琐的擦写过程ALTERA都帮我们做好了，它通过API给我们提供了完善的读写函数，我们只需要调用函数就可以完成读写FLASH的操作了。不过这些也是有前提条件的，那就是FLASH要满足CFI标准或者是EPCSX串行FLASH(与EPCSX兼容的也是可以的)。也就是说，不满足满足这个条件的 FLASH还需要您自己处理了，呵呵！下面我们来研究一下NIOS下的FLASH是如何操作的。

      在前面，我们就已经详细讲述了FLASH和EPCS模块的构建过程，在这里，我们假设您已经构建好了CFI FLASH模块或者EPCS控制模块，由于CFI FLASH和EPCS的软件操作方式完全一致，所以我们以下内容不对他们加以区分。下面我们主要来讲FLASH的软件操作是如何实现的。

      Altera提供了两种类型的函数，提供给客户：Simple Flash Access（简单的Flash访问），以及Fine-Grained Flash Access（细粒度Flash访问）。

一般情况下，我还是推荐大家使用 Fine-Grained Flash Access（细粒度 Flash 访问）函数， 比 Simple Flash Access 也复杂不了多少，但可以避免通常的跨块擦除问题。Flash 是按照 Block组织起来的，通常一次擦除一整个块。例如，我们如果写 Flash的时候跨越了两个块，而其后还跟随了其他数据，这样我们就有可能将其他数据同时擦除掉，导致数据的丢失，这样后果就很严重了。

在这里，我们介绍几个常用的函数，如果想了解的更详细，请参考ALTERA提供的文档资料。

      首先介绍第一步： 打开 Flash，就像C程序打开硬盘中的数据文件一样， 使用之前要打开 FLASH。我们使用 alt_flash_open_dev()打开 Flash,成功打开后返回一个句柄。比如，下面是使用这个函数的片断：

alt_flash_fd* fd; 
fd = alt_flash_open_dev(FLASH_NAME);

      其中，FLASH_NAME可以在system.h中找到它的定义，我的定义如下所示

CFI FLASH定义为
#define CFI_FLASH_NAME "/dev/cfi_flash"
EPCSX定义为
#define EPCS_FLASH_NAME "/dev/epcs_flash"

      读出 Flash 使用函数：alt_read_flash,原型如下：

int alt_read_flash( alt_flash_fd* fd, 
int offset, 
void* dest_addr, 
int length )；

      使用完以后需要将FLASH关掉，其原型如下：

void alt_flash_close_dev(alt_flash_fd* fd )；

Fine-Grained Flash Access 机制还提供了如下几个函数： alt_get_flash_info(),

alt_erase_flash_block(), alt_write_flash_block()。

alt_get_flash_info()可以提取 Flash 的信息，比如包含几个区域，每个区域有几个块，每个块的大小等等。它的原型如下：

int ret_code = 0; 
int number_of_regions=0; 
flash_region* regions; 
ret_code = alt_get_flash_info(fd, &regions, &number_of_regions);

这里涉及到一个结构：flash_region,原型如下：

typedef struct flash_region {
        int offset; /* region相对FLASH首地址的偏移量 */
        int region_size;        /* region的大小*/ 
        int number_of_blocks;   /* 每个region中block的数量 */ 
        int block_size;/* block的大小*/ 
}flash_region;

      擦除一个块使用函数：alt_flash_fd,函数原型如下：

int alt_erase_flash_block( alt_flash_fd* fd,int offset,int length)；

      写入一个块使用函数：alt_write_flash_block,函数原型如下：

int alt_write_flash_block( alt_flash_fd* fd, 
                                int block_offset, 
                                int data_offset, 
                                const void *data, 
                                int length)；

      几个常用的函数就介绍完了，下面我们就用这几个函数来操作FLASH吧。

#include "sys/alt_flash.h" 
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h> 
 
#define BUF_SIZE 100
#define FLASH_OFFSET 0x5000
 /* 
 * ===  FUNCTION  ===================================================
 *         Name:  main
 *  Description:  主函数，函数入口
 * =================================================================
 */
int main (void)
{   
	int i;
    alt_flash_fd* fd;
    flash_region* regions;
    int number_of_regions;
    int ret_code = 0x0;
    unsigned char source[BUF_SIZE];
    unsigned char dest[BUF_SIZE];

    for(i=0;i<100;i++){
            source[i] = i;
    }
    fd = alt_flash_open_dev("/dev/cfi_flash");
    //fd = alt_flash_open_dev(“/dev/epcs_flash”);//EPCSX   
    if (fd){ 
    /*得到FLASH信息*/
            ret_code = alt_get_flash_info(fd, &regions, &number_of_regions);  
            for(i=0;i<number_of_regions;i++){ 
                    printf("Start 0x%8x End 0x%8x Number of Blocks %3d Block Size 0x%8x \n", (regions+i)->offset, 
                                (regions+i)->region_size+(regions+i)->offset, 
                   (regions+i)->number_of_blocks, 
                   (regions+i)->block_size); 
                }
                
                alt_erase_flash_block(fd, FLASH_OFFSET, BUF_SIZE);
                //读FLASH中的数据,成功后返回值为0
                ret_code = alt_read_flash(fd,FLASH_OFFSET,dest,BUF_SIZE);
    
                if(ret_code != 0){
                        printf("Can't read flash device\n");
                        exit(-1);
                }
                else{
                        printf("Read Flash Device Successfully.\n");
                }
    
                //打印读取的数据
                for(i=0;i<100;i++){
                        printf("%d\n",dest[i]);
                }  
                //向FLASH中写数据，成功后返回值为0
                ret_code = alt_write_flash(fd,FLASH_OFFSET,source,BUF_SIZE);
    
                if(ret_code != 0){
                        printf("Can't write flash device\n");
                        exit(-1);
                }
                else{
                        printf("Write Flash Device Successfully.\n");
                }
    
                //读FLASH中的数据,成功后返回值为0
                ret_code = alt_read_flash(fd,FLASH_OFFSET,dest,BUF_SIZE);
    
                if(ret_code != 0){
                        printf("Can't read flash device\n");
                        exit(-1);
                }
                else{
                        printf("Read Flash Device Successfully.\n");
                }
    
                //打印读取的数据
                for(i=0;i<100;i++){
                        printf("%d\n",dest[i]);
                }              
        }
        
        alt_flash_close_dev(fd);
}

      上述程序对于CFI FLASH 和EPCSX是通用的，如果操作EPCSX,则将alt_flash_open_dev("/dev/cfi_flash")参数改为”/dev/epcs_flash”就可以了。

      下面我们来看一看通过alt_get_flash_info(fd, &regions, &number_of_regions)得到的一些CFI FLASH信息，

Start 0x0     End 0x4000   Number of Blocks  1   Block Size 0x4000 

Start 0x4000  End 0x8000   Number of Blocks  2   Block Size 0x2000 

Start 0x8000  End 0x10000  Number of Blocks  1   Block Size 0x8000 

Start 0x10000 End 0x200000 Number of Blocks 31   Block Size 0x10000

      通过上面的信息，我们可以看出，AM29LV160B这款FLASH的包括了1个16Kbyte，2个8Kbyte，1个32Kbyte和31个64Kbyte字节的block，这个是FLASH处在8位模式下的情况，结构很奇怪吧。

      我们再来看通过alt_get_flash_info(fd, &regions, &number_of_regions)得到的一些EPCSX的信息，

Start 0x0    End 0x80000    Number of Blocks   8     Block Size 0x10000

通过上面信息我们可以发现，我用的这款EPCSX是EPCS4,包括了8个128Kbit的block。这个结构就相对比较简单了。

      好了，这一节内容就讲完了。如果大家对此有疑问，或者发现我讲的内容有问题可以直接跟我联系，邮箱：avic633@gmail.com；qq:984597569，同时欢迎大家加入我们的NIOS群：109711029，大家共同探讨NIOS技术！