SylixOS NandFlash读CACHE

Posted 2020-10-06

1. NandFlash 读CACHE简介

   
   

   由于磁盘属于低速设备，磁盘的读写速度远远低于CPU，所以为了解决这种速度不匹配的问题，SylixOS提供了对应块设备的缓冲器。与此对应的，为了提高NandFlash的读速度，SylixOS也为NandFlash提供了一种读CACHE机制。为了不影响写平衡软件对坏块的管理，该缓冲机制在NandFlash写一个扇区时，将相关的扇区CACHE全部设为读不命中；当NandFlash擦除一个块时，将块内所有的扇区CACHE设为读不命中。

   
   

2. 技术实现

   SylixOS中关于NandFlash读CACHE的内容主要在"libsylixos/SylixOS/fs/nandRCache"目录下，主要实现了读CACHE的创建、删除操作，以及节点的申请、释放操作。其中，读CACHE的创建函数接口如程序清单 2-1所示。

   程序清单 2-1读CACHE创建函数

   #include <SylixOS.h>
   LW_API ULONG  API_NandRCacheCreate(PVOID              pvNandRCacheMem, 
                                      size_t             stMemSize,
                                      ULONG              ulPageSize,
                                      ULONG              ulSpareSize,
                                      ULONG              ulPagePerBlock,
                                      PLW_NRCACHE_CB    *ppnrcache);

   函数API_NandRCacheCreate原型分析：
   

• 此函数成功返回ERROR_NONE，失败返回错误码；

• 参数pvNandRCacheMem是缓存内存地址；

• 参数stMemSize是缓存内存大小；

• 参数ulPageSize是每个页面数据区大小;

• 参数ulSpareSize是每个页面扩展区大小;

• 参数ulPagePerBlock是每一块页面的个数;

• 参数ppnrcache是需要返回的创建成功的控制块。

使用API_NandRCacheCreate函数创建CACHE成功时，最后一个入参将返回NandFlash的读CACHE控制块，该控制块的详细信息如程序清单 2-2所示。

程序清单 2-2读CACHE管理控制块

   typedef struct {

    PLW_NRCACHE_NODE         NRCACHE_pnrcachenBuffer;                   /*  nand flash 所有的缓冲       */
    ULONG                    NRCACHE_ulPagePerBlock;                    /*  每一个块的页面个数          */
    ULONG                    NRCACHE_ulnCacheNode;                      /*  CACHE 中包含的节点个数      */
    INT                      NRCACHE_iHashSize;                         /*  hash 表大小                 */
    PLW_LIST_LINE           *NRCACHE_pplineHash;                        /*  搜索 hash 表                */
    PLW_LIST_RING            NRCACHE_pringLRU;                          /*  有效点中最近最少使用表      */
    PLW_LIST_LINE            NRCACHE_plineFree;                         /*  空闲表头                    */
} LW_NRCACHE_CB;
typedef LW_NRCACHE_CB       *PLW_NRCACHE_CB;                            /*  nand read cache 控制块      */

NandFlash的读CACHE创建过程主要包括开辟Hash表内存、开辟初始化控制块内存以及初始化每个节点内存使用情况。和块设备的DiskCACHE类似，NandFlash读CACHE以NODE节点管理CACHE缓存，每一个NODE节点都对应着一页缓存，NODE节点则以LRU(Least Recently Used)的方式组成循环链表，方便刷新脏节点。对于已经缓存的扇区，则通过HASH表与链表结合的方式进行快速索引。空闲的节点单独构成一个链表，方便节点的快速申请。

      管理CACHE缓存的NODE节点详细信息如程序清单 2-3所示。

程序清单 2-3 NODE节点控制块

typedef struct {
    LW_LIST_LINE             NRCACHEN_lineManage;                       /*  空闲链表 或 hash            */
    LW_LIST_RING             NRCACHEN_ringLRU;                          /*  LRU 链                      */
    ULONG                    NRCACHEN_ulChunkNo;                        /*  扇区号                      */
    caddr_t                  NRCACHEN_pcChunk;                          /*  数据区缓冲                  */
    caddr_t                  NRCACHEN_pcSpare;                          /*  扩展区缓冲                  */
} LW_NRCACHE_NODE;
typedef LW_NRCACHE_NODE     *PLW_NRCACHE_NODE;                          /*  缓冲节点                    */

对于NODE节点的操作主要包括申请、查找、释放等操作，其中节点申请函数接口如程序清单 2-4所示。

程序清单 2-4 CACHE节点申请函数

#include <SylixOS.h>
LW_API PLW_NRCACHE_NODE      API_NandRCacheNodeAlloc(PLW_NRCACHE_CB  pnrcache, ULONG  ulChunkNo);

      函数API_NandRCacheCreate原型分析：

• 此函数成功返回NODE节点，失败返回LW_NULL；

• 参数pnrcache是CACHE控制块；

• 参数ulChunkNo是需要缓存的扇区号。

函数API_NandRCacheCreate从空闲NODE池中获取节点时，若不存在空闲节点，则将从LRU表中淘汰一个最久未使用的节点。

获得指定扇区节点的函数接口如程序清单 2-5所示。

程序清单 2-5 CACHE节点查找函数

#include <SylixOS.h>
LW_API PLW_NRCACHE_NODE      API_NandRCacheNodeGet(PLW_NRCACHE_CB  pnrcache, ULONG  ulChunkNo);

  函数API_NandRCacheNodeGet原型分析：

• 此函数成功返回节点控制块，失败返回LW_NULL；

• 参数pnrcache是CACHE控制块；

• 参数ulChunkNo是需要缓存的扇区号。

当API_NandRCacheNodeGet函数在CACHE中命中时，会将此节点挂入LRU表的头部，这样最近使用的数据始终保持在链表头部。

将一个有效节点释放的函数接口如程序清单 2-6所示。

程序清单 2-6 CACHE节点释放函数

#include <SylixOS.h>
LW_API VOID    API_NandRCacheNodeFree(PLW_NRCACHE_CB  pnrcache, ULONG   ulChunkNo);

函数API_NandRCacheNodeFree原型分析：

• 此函数成功返回；

• 参数pnrcache是CACHE控制块；

• 参数ulChunkNo是需要缓存的扇区号；

NandFlash的读CACHE删除操作的函数接口如程序清单 2-7所示。

程序清单 2-7读CACHE删除函数

#include <SylixOS.h>
LW_API ULONG   API_NandRCacheDelete(PLW_NRCACHE_CB    pnrcache);

函数API_NandRCacheDelete原型分析：

• 此函数成功ERROR_NONE，失败返回PX_ERROR；

• 参数pnrcache是CACHE控制块。

1. 参考资料

   无