固件外发烧录¶
对于产品外置的存储器(非芯片内封存储器)，可以在贴片前发送到第三方机构烧录固件镜像，以提高生产效率。
针对这种需求，思澈Solution给出了一套完整的解决方案，如下所述：
备注
外发烧录主要是针对外置存储器，至于片内FLASH镜像的烧录推荐使用方案提供的产线工具 Impeller。
对于外置 NAND FLASH 外发烧录时，需要第三方机构参考方案的坏块管理机制处理遇到的坏块。
FAQ1 如何打包外发烧录的镜像文件？¶
Solution方案一个完整的固件包有多个镜像文件，这些镜像文件有烧录在芯片内封FLASH上的，也有烧录在外置存储器上的，并且镜像的烧录地址可能不连续。外发烧录时需要将烧录在外置存储器上的多个镜像文件打包成一个镜像文件，同时处理不连续地址的填充，这样第三方机构烧录时可以直接将镜像文件烧录到外置存储器的起始位置。
镜像文件打包可使用方案提供的打包工具 ImgStamp，使用方法参考 ImgStamp使用说明。
FAQ2 NAND坏块管理机制¶
如果外置的存储器是 NAND FLASH 时，第三方烧录机构需按照方案中的坏块管理机制处理坏块，非 NAND FLASH 不做特殊处理。
1. 方案概述¶
思澈方案中的 NAND坏块管理机制，是将FLASH的整个存储区划分为两部分，前面部分作为用户使用区（总大小的31/32）, 尾部作为坏块替换区（总大小的1/32），坏块替换区会创建坏块映射表，用来记录坏块映射关系等信息，坏块的替换是以block为单位进行的。
2. 坏块映射表¶
坏块映射表记录坏块映射关系及剩余可用的区域等信息，为保证信息正确，映射表会创建两份，二者互为备份，每份占用一个 block。从坏块替换区起始位置往后查找，在遇到的第一个 good block 作为第一个映射表保存区，第二个 good block 作为第二个映射表保存区。坏块映射表修改时两张表会同时修改，在各自的block中按照page的大小依次往后写，每更新一次结构中的 version 增 1。
坏块映射表数据结构
typedef struct
{
uint16_t logic_blk;
uint16_t physical_blk;
} Sifli_MapTbl;
typedef struct
{
uint32_t magic;
uint32_t version: 31;
uint32_t tbl_idx: 1;
uint16_t bbk_num;
uint16_t free_blk_num;
uint16_t free_blk_start;
uint16_t reserv_blk_start;
uint32_t hdr_crc;
uint32_t tbl_crc;
Sifli_MapTbl stru_tbl[128 - 4];
} Sifli_NandBBM;
坏块映射表数据以小端方式存放，数据结构中参数描述如下：
magic 坏块管理表的特殊标记, 固定为 0x5366424D 。
version 版本号，从 1 开始依次递增，正常情况下两个映射表除 tbl_idx 和 crc 不同外，其他内容需要完全相同，当某些特殊情况导致两个映射表不同时，以版本号大的映射表为准。
tbl_idx 两个互为备份的映射表序号（0-表1 1-表2）。
bbk_num 当前统计到的坏块数量，当未发现坏块时为 0 。
free_blk_num 目前空闲的可以用来做替换块的数量， 当未发生过映射处理时数据应该为总保留块数减 4（保留 4 个块用来保存坏块映射表）。
free_blk_start 可用来做替换的表的块号，这是个递减的数据，替换块从后往前找（如果未发生过替换，则应该为总块数减 1， 比如 1024 个块的颗粒，初始值应该为 1023）。
reserv_blk_start 坏块替换区的第一个块号，比如FLASH总共有 1024 个块，则最后 32 个块作为坏块替换区，此数据为 992 。
hdr_crc 保存此字段之前的数据的 CRC 校验值（从 Magic 开始的 16 个字节）。
tbl_crc 后面 stru_tbl 字段的 CRC 校验值（长度为 4 * （保留块数-4））。
stru_tbl 映射表信息，数据结构为 Sifli_MapTbl 保存了用户区坏块号和映射块号。
CRC计算方式
static const unsigned int crc32tab[] =
{
0x00000000L, 0x77073096L, 0xee0e612cL, 0x990951baL,
0x076dc419L, 0x706af48fL, 0xe963a535L, 0x9e6495a3L,
0x0edb8832L, 0x79dcb8a4L, 0xe0d5e91eL, 0x97d2d988L,
0x09b64c2bL, 0x7eb17cbdL, 0xe7b82d07L, 0x90bf1d91L,
0x1db71064L, 0x6ab020f2L, 0xf3b97148L, 0x84be41deL,
0x1adad47dL, 0x6ddde4ebL, 0xf4d4b551L, 0x83d385c7L,
0x136c9856L, 0x646ba8c0L, 0xfd62f97aL, 0x8a65c9ecL,
0x14015c4fL, 0x63066cd9L, 0xfa0f3d63L, 0x8d080df5L,
0x3b6e20c8L, 0x4c69105eL, 0xd56041e4L, 0xa2677172L,
0x3c03e4d1L, 0x4b04d447L, 0xd20d85fdL, 0xa50ab56bL,
0x35b5a8faL, 0x42b2986cL, 0xdbbbc9d6L, 0xacbcf940L,
0x32d86ce3L, 0x45df5c75L, 0xdcd60dcfL, 0xabd13d59L,
0x26d930acL, 0x51de003aL, 0xc8d75180L, 0xbfd06116L,
0x21b4f4b5L, 0x56b3c423L, 0xcfba9599L, 0xb8bda50fL,
0x2802b89eL, 0x5f058808L, 0xc60cd9b2L, 0xb10be924L,
0x2f6f7c87L, 0x58684c11L, 0xc1611dabL, 0xb6662d3dL,
0x76dc4190L, 0x01db7106L, 0x98d220bcL, 0xefd5102aL,
0x71b18589L, 0x06b6b51fL, 0x9fbfe4a5L, 0xe8b8d433L,
0x7807c9a2L, 0x0f00f934L, 0x9609a88eL, 0xe10e9818L,
0x7f6a0dbbL, 0x086d3d2dL, 0x91646c97L, 0xe6635c01L,
0x6b6b51f4L, 0x1c6c6162L, 0x856530d8L, 0xf262004eL,
0x6c0695edL, 0x1b01a57bL, 0x8208f4c1L, 0xf50fc457L,
0x65b0d9c6L, 0x12b7e950L, 0x8bbeb8eaL, 0xfcb9887cL,
0x62dd1ddfL, 0x15da2d49L, 0x8cd37cf3L, 0xfbd44c65L,
0x4db26158L, 0x3ab551ceL, 0xa3bc0074L, 0xd4bb30e2L,
0x4adfa541L, 0x3dd895d7L, 0xa4d1c46dL, 0xd3d6f4fbL,
0x4369e96aL, 0x346ed9fcL, 0xad678846L, 0xda60b8d0L,
0x44042d73L, 0x33031de5L, 0xaa0a4c5fL, 0xdd0d7cc9L,
0x5005713cL, 0x270241aaL, 0xbe0b1010L, 0xc90c2086L,
0x5768b525L, 0x206f85b3L, 0xb966d409L, 0xce61e49fL,
0x5edef90eL, 0x29d9c998L, 0xb0d09822L, 0xc7d7a8b4L,
0x59b33d17L, 0x2eb40d81L, 0xb7bd5c3bL, 0xc0ba6cadL,
0xedb88320L, 0x9abfb3b6L, 0x03b6e20cL, 0x74b1d29aL,
0xead54739L, 0x9dd277afL, 0x04db2615L, 0x73dc1683L,
0xe3630b12L, 0x94643b84L, 0x0d6d6a3eL, 0x7a6a5aa8L,
0xe40ecf0bL, 0x9309ff9dL, 0x0a00ae27L, 0x7d079eb1L,
0xf00f9344L, 0x8708a3d2L, 0x1e01f268L, 0x6906c2feL,
0xf762575dL, 0x806567cbL, 0x196c3671L, 0x6e6b06e7L,
0xfed41b76L, 0x89d32be0L, 0x10da7a5aL, 0x67dd4accL,
0xf9b9df6fL, 0x8ebeeff9L, 0x17b7be43L, 0x60b08ed5L,
0xd6d6a3e8L, 0xa1d1937eL, 0x38d8c2c4L, 0x4fdff252L,
0xd1bb67f1L, 0xa6bc5767L, 0x3fb506ddL, 0x48b2364bL,
0xd80d2bdaL, 0xaf0a1b4cL, 0x36034af6L, 0x41047a60L,
0xdf60efc3L, 0xa867df55L, 0x316e8eefL, 0x4669be79L,
0xcb61b38cL, 0xbc66831aL, 0x256fd2a0L, 0x5268e236L,
0xcc0c7795L, 0xbb0b4703L, 0x220216b9L, 0x5505262fL,
0xc5ba3bbeL, 0xb2bd0b28L, 0x2bb45a92L, 0x5cb36a04L,
0xc2d7ffa7L, 0xb5d0cf31L, 0x2cd99e8bL, 0x5bdeae1dL,
0x9b64c2b0L, 0xec63f226L, 0x756aa39cL, 0x026d930aL,
0x9c0906a9L, 0xeb0e363fL, 0x72076785L, 0x05005713L,
0x95bf4a82L, 0xe2b87a14L, 0x7bb12baeL, 0x0cb61b38L,
0x92d28e9bL, 0xe5d5be0dL, 0x7cdcefb7L, 0x0bdbdf21L,
0x86d3d2d4L, 0xf1d4e242L, 0x68ddb3f8L, 0x1fda836eL,
0x81be16cdL, 0xf6b9265bL, 0x6fb077e1L, 0x18b74777L,
0x88085ae6L, 0xff0f6a70L, 0x66063bcaL, 0x11010b5cL,
0x8f659effL, 0xf862ae69L, 0x616bffd3L, 0x166ccf45L,
0xa00ae278L, 0xd70dd2eeL, 0x4e048354L, 0x3903b3c2L,
0xa7672661L, 0xd06016f7L, 0x4969474dL, 0x3e6e77dbL,
0xaed16a4aL, 0xd9d65adcL, 0x40df0b66L, 0x37d83bf0L,
0xa9bcae53L, 0xdebb9ec5L, 0x47b2cf7fL, 0x30b5ffe9L,
0xbdbdf21cL, 0xcabac28aL, 0x53b39330L, 0x24b4a3a6L,
0xbad03605L, 0xcdd70693L, 0x54de5729L, 0x23d967bfL,
0xb3667a2eL, 0xc4614ab8L, 0x5d681b02L, 0x2a6f2b94L,
0xb40bbe37L, 0xc30c8ea1L, 0x5a05df1bL, 0x2d02ef8dL
};
uint32_t bbm_crc_check(const uint8_t *buf, uint32_t size)
{
unsigned int i, crc;
crc = 0xFFFFFFFF;
for (i = 0; i < size; i++)
{
crc = crc32tab[(crc ^ buf[i]) & 0xff] ^ (crc >> 8);
}
return crc ^ 0xFFFFFFFF;
}
3. 处理流程¶
坏块映射表初始化
int bbm_init_table()
{
Sifli_NandBBM bbm_local[2] = {0}; //定义两个坏块映射表的结构体变量
int total_blk = 0x400; //FLASH block总个数,此处 假定为0x400
int user_blk = 0x3E0; //total_blk * 31 / 32
int bkup_blk = 0x20; //total_blk / 32
// 1. 参数初始化 ---------------------------------------------
bbm_local[0].magic = 0x5366424D;
bbm_local[0].version = 1;
bbm_local[0].tbl_idx = 0;
bbm_local[0].bbk_num = 0;
bbm_local[0].free_blk_num = bkup_blk - 4; // reserved at least 4 blocks for map table
bbm_local[0].free_blk_start = total_blk - 1;
bbm_local[0].reserv_blk_start = user_blk;
// 2. 遍历坏块保护区所有block，确认有多少个可用，并擦除可用block， ---------------------------------------------
for (int i = user_blk; i < total_blk; i++) //
{
//检查fitst page的first spare area location确认是否坏块
if 不是坏块
{
if 擦除失败
{
标记为坏块
bbm_local[0].free_blk_num--;
}
}
else //坏块，可用block减 1
{
bbm_local[0].free_blk_num--;
}
if (bbm_local[0].free_blk_num == 0) //如果可用块为0个，则返回错误
{
return -1;
}
}
// 3. 遍历用户区所有block，对坏块进行替换映射 ---------------------------------------------
for (int i = 0; i < user_blk; i++)
{
//检查fitst page的first spare area location确认是否坏块
if 是坏块
{
//查找可用的block进行替换
从 bbm_local[0].free_blk_start block开始倒着遍历查找可用block,bbm_local[0].free_blk_start依次递减
if 找到可用块
{
bbm_local[0].stru_tbl[bbm_local[0].bbk_num].logic_blk = i;
bbm_local[0].stru_tbl[bbm_local[0].bbk_num].physical_blk = bbm_local[0].free_blk_start;
bbm_local[0].free_blk_num--;
}
else
{
return -1;
}
bbm_local[0].bbk_num++;
}
}
// 4. 计算crc，并对备份映射表进行赋值 ---------------------------------------------
bbm_local[0].hdr_crc = bbm_crc_check((const uint8_t *)(&bbm_local[0]), 16);
bbm_local[0].tbl_crc = bbm_crc_check((const uint8_t *)(&(bbm_local[0].stru_tbl)), sizeof(Sifli_MapTbl) * (bkup_blk - 4));
memcpy((void *)&bbm_local[1], (void *)&bbm_local[0], sizeof(Sifli_NandBBM));
bbm_local[1].tbl_idx = 1;
bbm_local[1].hdr_crc = bbm_crc_check((const uint8_t *)(&bbm_local[1]), 16);
// 5. 将坏块映射表写入坏块保护区的前两个可用block
从 user_blk 索引开始往后找到第 1 个可用的block, 写入 bbm_local[0]
从 user_blk 索引开始往后找到第 2 个可用的block, 写入 bbm_local[1]
}
坏块映射表获取
int bbm_table_info()
{
step 1.1 从 user_blk 索引开始往后找到第 1 个可用的block
step 1.2 按照 page 依次遍历读取, 直到读取的映射表信息标志位不是0x5366424D结束
step 1.3 获取版本号最大的一组数据
step 2.1 从 user_blk 索引开始往后找到第 2 个可用的block
step 2.2 按照 page 依次遍历读取, 直到读取的映射表信息标志位不是0x5366424D结束
step 2.3 获取版本号最大的一组数据 (同上一组拉通比较)
最终版本号最大的一组数据即为 坏块映射表的最新有效数据
}
FLASH 读操作
int bbm_read_page()
{
获取坏块映射表信息 bbm_table_info()
if 坏块映射表信息中有该block的映射信息
{
读取映射block对应的page数据
}
else
{
读取原block随影的page数据
}
}
FLASH 写操作
int bbm_write_page()
{
获取坏块映射表信息 bbm_table_info()
if 坏块映射表信息中有该block的映射信息
{
写入到映射block对应page
}
else
{
写入到原block对应page
}
if 写入失败
{
重新在坏块保护区查找可用block进行替换 (类似坏块映射表初始化流程, 只是省去遍历所有用户区block的步骤), 直到写入新映射block成功
}
}
FLASH 擦操作
int bbm_erase_block()
{
获取坏块映射表信息 bbm_table_info()
if 坏块映射表信息中有该block的映射信息
{
擦除映射block
}
else
{
擦除原block
}
if 擦除失败
{
重新在坏块保护区查找可用block进行替换 (类似坏块映射表初始化流程, 只是省去遍历所有用户区block的步骤), 直到擦除新映射block成功
}
}
4. 具体示例¶
此处以容量为128MB，block为128KB，page为2KB的NAND FLASH为例，描述其坏块管理表的内容。
容量为128MB（共0x400个block）时，前面124MB（容量的31/32）为用户数据区，共0x3E0个block，后面4MB（容量的1/32）为坏块保护区，共0x20个block。
上图中两组数据为两个坏块映射表的具体信息，二者大部分数据内容相同，只有表索引和一个CRC不同。
① magic 坏块管理表的特殊标记, 固定为 0x5366424D 。
② version 32bit的低31bit为版本号，从 1 开始依次递增，此处为 1。
② tbl_idx 32bit的最高1bit为映射表序号，第一张表为0，第二张表为1。
③ bbk_num 当前统计到的坏块数量，有2个坏块 。
④ free_blk_num 目前空闲的可以用来做替换块的数量，共0x20个块，保留4个作为坏块映射表，已使用2个坏块映射，剩余0x1A（0x20-2-4）。
⑤ free_blk_start 可用来做替换的表的块号，从坏块保护区的尾部往前使用，从0x3FF开始，已使用2个，当前为0x3FD（0x3FF-2）。
⑥ reserv_blk_start 坏块替换区的第一个块号，共0x400个块，则坏块保护区为0x3E0->0x3FF的0x20个块，起始块为0x3E0。
⑦ hdr_crc 保存此字段之前的数据的 CRC 校验值（从 Magic 开始的 16 个字节）,两个坏块映射表的序号不一样，所以CRC不同。
⑧ tbl_crc 后面 stru_tbl 字段的 CRC 校验值（长度为 4 * （保留块数-4）），两个坏块映射表是一样的值。
⑨ stru_tbl 映射表信息第一组数据，指示索引号为0x267的块映射到0x3FF。
⑩ stru_tbl 映射表信息第二组数据，指示索引号为0x26E的块映射到0x3FE。