sector:硬件（磁盤）上的最小的操作單位,是操作系統和塊設備（硬件、磁盤）之間傳送數據的單位

block由一個或多個sector組成，是軟件（OS、文件系統）中最小的操作單位；操作系統的虛擬文件系統從硬件設備上讀取一個block,實際為從硬件設備讀取一個或多個sector.對于文件管理來說，每個文件對應的多個block可能是不連續的;block最終要映射到sector上，所以block的大小一般是sector的整數倍。不同的文件系統block可使用不同的大小，操作系統會在內存中開辟內存，存放block到所謂的block buffer中。

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扇區組成物理塊，物理塊對應邏輯塊，邏輯塊與文件相對應。

扇區是硬件被操作時軟件使用的最小的操作單元，就是一個扇區一個扇區進行操作（扇區的大小在存儲設備生產時就設計好）。

塊是上層軟件中（操作文件時）使用的最小的操作單元，就是（操作文件時）一個塊一個塊進行操作（塊的大小格式化時可以設置【如linux、fatfs等等】）。

如fatfs的格式化函數（即在存儲設備上建立文件系統）

創建文件系統時，可以指定塊的大小。如果將來在你的文件系統中是一些比較大的文件的話，使用較大的塊大小將得到較好的性能。將ext2文件系統的塊大小調整為4096byte而不是缺省的1024byte，可以減少文件碎片，加快fsck掃描的速度和文件刪除以及讀操作的速度。另外，在ext2的文件系統中，為根目錄保留了5%的空間，對一個大的文件系統，除非用作日志文件，5%的比例有些過多。可以使用命令"# mke2fs -b 4096 -m 1 /dev/hda6"將它改為1%并以塊大小4096byte創建文件系統。 
使用多大的塊大小，需要根據你的系統綜合考慮，如果系統用作郵件或者新聞服務器，使用較大的塊大小，雖然性能有所提高，但會造成磁盤空間較大的浪費。比如文件系統中的文件平均大小為2145byte，如果使用4096byte的塊大小，平均每一個文件就會浪費1951byte空間。如果使用 1024byte 的塊大小，平均每一個文件會浪費927byte空間。在性能和磁盤的代價上如何平衡，要看具體應用的需要。 
第1組命令： 
mkfs.ext3 -T news /dev/sda5 （指定該分區文件系統的塊大小為4096） 
mkfs.ext3 -b 4096 /dev/sda5 

norflash有地址線與數據線，可以通過芯片對應的手冊查到該norflash的扇區的大小。

nandflash使用復用的接口線，它內部有一個頁寄存器（一個頁：大小一般為512字節），nandflash內部存儲管理使用的塊大小是多少個頁。它的扇區一般為一個頁的一半大小。

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winhex的使用：

   打開對應磁盤

       如上圖所示，為打開一個磁盤后的數據，這時的偏移地址是相對磁盤的存儲起始地址而言，上圖所示，磁盤有一個分區（FAT16），還使用了一個扇區。

       在通過KEIL4讀SD卡時，給一個偏移地址0x11400，讀取到的數據就是這個根目錄下的偏移地址。如果點擊打開Partion 1，那么這是顯示的offset就是相對Partion 1的偏移地址。 

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我們把Ext2、Minix、Ext等實際可使用的文件系統稱為具體文件系統。具體文件系統管理的是一個邏輯空間，這個邏輯空間就象一個大的數組，數組的每個元素就是文件系統操作的基本單位——邏輯塊，邏輯塊是從0開始編號的，而且，邏輯塊是連續的。與邏輯塊相對的是物理塊，物理塊是數據在磁盤上的存取單位，也就是每進行一次I/O操作，最小傳輸的數據大小。我們知道數據是存儲在磁盤的扇區中的，那么扇區是不是物理塊呢？或者物理塊是多大呢？這涉及到文件系統效率的問題。

如果物理塊定的比較大，比如一個柱面大小，這時，即使是1個字節的文件都要占用整個一個柱面，假設Linux環境下文件的平均大小為1K，那么分配32K的柱面將浪費97%的磁盤空間，也就是說，大的存取單位將帶來嚴重的磁盤空間浪費。另一方面，如果物理塊過小，則意味著對一個文件的操作將進行更多次的尋道延遲和旋轉延遲，因而讀取由小的物理塊組成的文件將非常緩慢！可見，時間效率和空間效率在本質上是相互沖突的。

因此，最優的方法是計算出Linux環境下文件的平均大小，然后將物理塊大小定為最接近扇區的整數倍大小。在Ext2中，物理塊的大小是可變化的，這取決于你在創建文件系統時的選擇，之所以不限制大小，也正體現了Ext2的靈活性和可擴充性，一是因為要適應近年來文件的平均長度緩慢增長的趨勢，二是為了適應不同的需要。比如，如果一個文件系統主要用于BBS服務，考慮到BBS上的文章通常很短小，所以，物理塊選的小一點是恰當的。通常，Ext2的物理塊占一個或幾個連續的扇區，顯然，物理塊的數目是由磁盤容量等硬件因素決定的。邏輯塊與物理塊的關系類似于虛擬內存中的頁與物理內存中的頁面的關系。

具體文件系統所操作的基本單位是邏輯塊，只在需要進行I/O操作時才進行邏輯塊到物理塊的映射，這顯然避免了大量的I/O操作，因而文件系統能夠變得高效。邏輯塊作為一個抽象的概念，它必然要映射到具體的物理塊上去，因此，邏輯塊的大小必須是物理塊大小的整數倍，一般說來，兩者是一樣大的。

通常，一個文件占用的多個物理塊在磁盤上是不連續存儲的，因為如果連續存儲，則經過頻繁的刪除、建立、移動文件等操作，最后磁盤上將形成大量的空洞，很快磁盤上將無空間可供使用。因此，必須提供一種方法將一個文件占用的多個邏輯塊映射到對應的非連續存儲的物理塊上去，Ext2等類文件系統是用索引節點解決這個問題的，具體實現方法后面再予以介紹。

為了更好的說明邏輯塊和物理塊的關系，我們來看一個例子。

假設用戶要對一個已有文件進行寫操作，用戶進程必須先打開這個文件，file結構記錄了該文件的當前位置。然后用戶把一個指向用戶內存區的指針和請求寫的字節數傳送給系統，請求寫操作，這時系統要進行兩次映射。

（1）一組字節到邏輯塊的映射。

這個映射過程就是找到起始字節到結束字節所占用的所有邏輯塊號。這是因為在邏輯空間，文件傳輸的基本單位是邏輯塊而不是字節。

（2）邏輯塊到物理塊的映射。

這個過程必須要用到索引節點結構，該結構中有一個物理塊指針數組，以邏輯塊號為索引，通過這些指針找到磁盤上的物理塊，具體實現將在介紹Ext2索引節點時再進行介紹。

圖9.1是由一組請求的字節到物理塊的映射過程示意圖。

 有了邏輯塊和物理塊的概念，我們也就知道通常所說的數據塊是指邏輯塊，以下沒有特別說明，塊或數據塊指的是邏輯塊。

在Ext2中，還有一個重要的概念：片（fragment），它的作用是什么？

每個文件必然占用整數個邏輯塊，除非每個文件大小都恰好是邏輯塊的整數倍，否則最后一個邏輯塊必然有空間未被使用，實際上，每個文件的最后一個邏輯塊平均要浪費一半的空間，顯然最終浪費的還是物理塊。在一個有很多文件的系統中，這種浪費是很大的。Ext2使用片來解決這個問題。

片也是一個邏輯空間中的概念，其大小在1K至4K之間，但片的大小總是不大于邏輯塊。假設邏輯塊大小為4K，片大小為1K，物理塊大小也是1K，當你要創建一個3K大小的文件時，實際上分配給你了3個片，而不會給你一個邏輯塊，當文件大小增加到4K時，文件系統則分配一個邏輯塊給你，而原來的四個片被清空。如果文件又增加到5K時，則占用1個邏輯塊和1個片。上述三種情況下，所占用的物理塊分別是3個、4個、5個，如果不采用片，則要用到4個、4個、8個物理塊，可見，使用片，減少了磁盤空間的浪費。當然，在物理塊和邏輯塊大小一樣時，片就沒有意義了。

由上面分析也可看出：

物理塊大小<=片大小<=邏輯塊大小

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NANDFLASH是FLASH存儲器的一種，與NOR FLASH相比，NANDFLASH具有更高的存儲密度，單片FLASH的存儲容量大大增加，也使得NANDFLASH的價格遠遠低于NOR FLASH。NANDFLASH采用命令方式實現讀寫和擦除，只需要8或16根數據線及相關的控制線，而且目前相同類型的NANDFLASH芯片都做到了管腳兼容，使得NANDFLASH在不變更電路板的條件下更容易增加或減少容量。另外NANDFLASH還具有讀寫速度快的特點。NANDFLASH具有以上特點，才使得它得到了廣泛的應用。 
NANDFLASH存儲按頁（page）的方式，根據頁的大小不同，NANDFALSH可分為大頁(每頁2048+64字節)和小頁(每頁512+16字節)兩種。目前使用最多最廣泛的為大頁的FLASH，本文檔中如不做特殊說明，則指的是大頁的NANDFLASH。 
      NANDFLASH有2048個塊（塊為擦除的最小單位），每個塊包含64個頁，每頁有2048+64個字節。數據地址分為行地址和列地址兩種，行地址(Row)為頁地址，即頁的偏移量；列地址(Column)為頁內地址，即每個字節的頁內偏移量。頁內的前2048字節一般用于數據存儲，通常被程為data區；后64字節一般用于存儲校驗數據和文件系統的參數信息，這后64字節通常被稱為spare區，而這些字節常被稱為冗余字節。NANDFLASH里通常集成了ECC發生器，用于產生ECC校驗碼。ECC在寫操作時產生，寫入spare區，讀操作時將spare區內的ECC與讀數據時產生的ECC比對，來決定讀出的數據是否正確。另外ECC還具有糾錯能力，根據ECC字節的長度不同，糾錯位數也有所不同。一般4字節的ECC，可以糾1個BIT的錯誤；7字節的ECC，可以糾2—3個BIT的錯誤。由于NANDFLASH的制造工藝決定了NANDFLASH的所有存儲單元不可能都是好的，對于那些壞的存儲單元所在的塊，需要在spare區里標記為壞塊；在進行寫操作時，程序要對這些壞塊進行判斷以避開這些塊。 
對于三星平臺，直接使用NANDFLASH作為手機內的存儲器，一個分了7個區（bootloader、nk、systemdata、Userdata、DBData、DBBack、RegData），其中bootloader、nk分區無文件系統，存放的是bootloader和nk程序；其他分區均有文件系統，供wince啟動之后是用。對于TI和FREECALE平臺，使用mdoc作為手機內的存儲器。 
FMD層提供的接口有： 
FMD_Deinit：驅動卸載時調用，主要用于關閉初始化函數里打開的句柄； 
FMD_Init：驅動加載時調用，為設備初始化函數； 
FMD_GetInfo：獲得該分區的基本信息； 
FMD_GetBlockStatus：獲得指定塊的狀態信息； 
FMD_OEMIoControl：提供給OEM廠家直接調用的接口； 
FMD_PowerUp：驅動喚醒時調用的接口； 
FMD_PowerDown：驅動進入待機狀態時調用的接口； 
FMD_ReadSector：按扇區讀取NANDFLASH里的數據； 
FMD_WriteSector：按扇區向NANDFLASH里寫入數據； 
FMD_SetBlockStatus：設定指定塊的狀態； 
FMD_EraseBlock：擦除指定的塊； 

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  在過去的20年里,嵌入式系統一直使用ROM（EPROM）作為它們的存儲設備。然而近年來Flash 全面代替了ROM（EPROM）在嵌入式系統中的地位。因為相較ROM而言，Flash有成本低，容易改寫等優點。

  目前Flash主要有兩種 NOR Flash 和 NADN Flash 它們在應用上有所不同因此也用于不同的場合。

  讀取NOR Flash和讀取我們常見的SDRAM是一樣的。它的所有地址都是可見的，你可以讀取它任意隨機地址的值。同時它和SDRAM一樣你可以直接運行裝載在NOR FLASH里面的代碼，這就是作謂的XIP（Execute-In-Place）技術。因為NOR Flash有這種特性，所以它非常適用于小型嵌入式系統。你可以把你的代碼裝載到Flash中，在系統啟動的時候直接運行它，而減少SRAM的容量從而節約了成本。

  從這種意義上來說，NOR FLASH已經可以代替原先我們一直使用的標準的ROM。并且還具有ROM所沒有的特性。

  目前市面上的FLASH 主要來自Intel，AMD，Fujitsu，和Toshiba。常用的容量一般在128K到64M之間。

  NAND Flash 沒有采取內存的隨機讀取技術。它的讀取是以一次讀取一塊的形式來進行的，通常是一次讀取512個字節。采用這種技術的Flash比較廉價。但是和所有塊設備一樣，NAND Flash 比較容易出現壞位。這需要我們采用軟件來避免使用這些位。這樣以來就增加了軟件的復雜度。你不能直接運行NAND Flash上的代碼。因此好多使用NAND Flash的開發板除了使用NAND Flah以外，還加上了一塊小的NOR Flash來運行啟動代碼。這樣做會增加系統的復雜度。不過最近這種現象有所改觀。三星最近生產的一批采用ARM Core的CPU，采用了一個內部的緩沖來存放NAND Flash里讀取的東西。以此來直接運行NAND FLASH里面啟動代碼。比如基于Arm920T和新的S3c2410芯片。

  另外，我們最常見的NAND FLASH的應用是嵌入式系統采用的DOC（Disk On Chip）和我們通常用的“閃盤”。

  目前生產NAND Flash的主要廠家有Samsung 和Toshiba。最大容量已經突破了1G位。寫Flash和寫SRAM截然不同。它是通過一系列指令才能完成一個寫操作的。而我們用的RAM直接寫入即可。無論是NOR Flash 還是NAND Flash都有一個“扇區”的概念。這個“扇區”從8K到256K不等。在寫操作中它將作為一個整體來操作。要向某個地址里面寫如一個值得先看一下這個地址原先的值是不是全為“1“。如果全為“1”，那么通過一系列指令可以將這個值寫入。反之，則先要進行擦除使其全部變為“1”。擦除操作是不能用一個地址來操作的。擦除必須一次擦除一個“扇區“。把這個“扇區”所有的值都變為“1”，然后才能進行寫操作。

  不同型號的Flash的操作指令不同。具體操作的時候需要仔細閱讀所使用產品的產品說明書。

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NandFlash系列之一：NorFlash與NandFlash對比

作者：劉洪濤，華清遠見嵌入式學院高級講師。

FLASH存儲器又稱閃存，主要有兩種：NorFlash和NandFlash，下面我們從多個角度來對比介紹一下。在實際開發中，設計者可以根據產品需求來進行閃存的合理選擇。

1、接口對比

NorFlash帶有通用的SRAM接口，可以輕松地掛接在CPU的地址、數據總線上，對CPU的接口要求低。NorFlash的特點是芯片內執行(XIP,eXecute In Place)，這樣應用程序可以直接在flash閃存內運行，不必再把代碼讀到系統RAM中。如uboot中的ro段可以直接在NorFlash上運行，只需要把rw和zi段拷貝到RAM中運行即可。

NandFlash器件使用復雜的I/O口來串行地存取數據，8個引腳用來傳送控制、地址和數據信息。由于時序較為復雜，所以一般CPU最好集成NAND控制器。另外由于NandFlash沒有掛接在地址總線上，所以如果想用NandFlash作為系統的啟動盤，就需要CPU具備特殊的功能，如s3c2410在被選擇為NandFlash啟動方式時會在上電時自動讀取NandFlash的4k數據到地址0的SRAM中。如果CPU不具備這種特殊功能，用戶不能直接運行NandFlash上的代碼，那可以采取其他方式，比如好多使用NandFlash的開發板除了使用NandFlash以外，還用上了一塊小的NorFlash來運行啟動代碼。

2、容量和成本對比

相比起NandFlash來說，NorFlash的容量要小，一般在1~16MByte左右，一些新工藝采用了芯片疊加技術可以把NorFlash的容量做得大一些。在價格方面，NorFlash相比NandFlash來說較高，如目前市場上一片4Mbyte的AM29lv320 NorFlash零售價在20元左右，而一片128MByte的k9f1g08 NandFlash零售價在30元左右。

NandFlash生產過程更為簡單，NAND結構可以在給定的模具尺寸內提供更高的容量，這樣也就相應地降低了價格。

3、可靠性性對比

NAND器件中的壞塊是隨機分布的，以前也曾有過消除壞塊的努力，但發現成品率太低，代價太高，根本不劃算。NAND器件需要對介質進行初始化掃描以發現壞塊，并將壞塊標記為不可用。在已制成的器件中，如果通過可靠的方法不能進行這項處理，將導致高故障率。而壞塊問題在NorFlash上是不存在的。 
在Flash的位翻轉（一個bit位發生翻轉）現象上，NAND的出現幾率要比NorFlash大得多。這個問題在Flash存儲關鍵文件時是致命的，所以在使用NandFlash時建議同時使用EDC/ECC等校驗算法。

4、壽命對比

在NAND閃存中每個塊的最大擦寫次數是一百萬次，而NOR的擦寫次數是十萬次。閃存的使用壽命同時和文件系統的機制也有關，要求文件系統具有損耗平衡功能。

5、升級對比

NorFlash的升級較為麻煩，因為不同容量的NorFlash的地址線需求不一樣，所以在更換不同容量的NorFlash芯片時不方便。通常我們會通過在電路板的地址線上做一些跳接電阻來解決這樣的問題，針對不同容量的NorFlash。

而不同容量的NandFlash的接口是固定的，所以升級簡單。

6、讀寫性能對比

寫操作：任何flash器件的寫入操作都只能在空或已擦除的單元內進行。NAND器件執行擦除操作是十分簡單的，而NOR則要求在進行擦除前先要將目標塊內所有的位都寫為1。擦除NOR器件時是以64～128KB的塊進行的，執行一個擦除/寫入操作的時間約為5s。擦除NAND器件是以8～32KB的塊進行的，執行一個擦除/寫入操作最多只需要4ms。

讀操作：NOR的讀速度比NAND稍快一些。

7、文件系統比較

Linux系統中采用MTD來管理不同類型的Flash芯片，包括NandFlash和NorFlash。支持在Flash上運行的常用文件系統有cramfs、jffs、jffs2、yaffs、yaffs2等。cramfs文件系統是只讀文件系統。如果想在Flash上實現讀寫操作，通常在NorFlash上我們會選取jffs及jffs2文件系統，在NandFlash上選用yaffs或yaffs2文件系統。Yaffs2文件系統支持大頁（大于512字節/頁）的NandFlash存儲器。

參考文章：《NAND和NORFLASH技術設計師在使用閃存時需要慎重選擇》M-Systems公司 Arie TAL 

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 以鎂光MT29F4G08BxB Nand Flash為例，這款Flash（如上圖）以4個扇區（sector）組成1個頁（page），64個頁(page)組成1個塊（block），4096個塊(block)構成整個Flash存儲器；由于每個扇區的容量是512 字節（bytes)，整個Flash容量為4224M Bit（相當于528M字節），去掉備用區域用于存放ECC數據校驗16M（虛線部分），就是這個片子的容量512M字節。其他型號的Flash也是同樣由扇區組成頁、由頁組成塊、塊組成整個存儲設備，只是扇區、頁、塊的數量多少有區別而已。

      在Flash的生產制造過程中，由于生產工藝的缺陷，很容易在Flash中產生不能使用的壞區域，如果在U盤中要使用這樣的Flash，就必須使用所謂的“量產工具”；U盤量產工具其實就是一種集壞區域掃描和Flash管理系統裝載于一身的工具。常規U盤主控的掃描是以塊為單位，掃描即往每一個塊里寫入數據，然后將讀出的數據與寫入的數據比較，如果數據有誤則把該塊標為“壞塊”。掃描完成后就是將Flash管理系統裝載到Flash里面，Flash管理系統就會利用掃描產生的壞塊表對整個Flash進行讀寫管理，這樣就完成了整個量產動作，U盤也就可以正常使用了。所以U盤顯示的容量與實際所用的Flash容量差異來源于不能存儲信息的壞塊和Flash管理系統的占用塊。壞塊越多，做出的U盤容量越低；而Flash管理系統占用的塊是沒有辦法避免，就像我們的電腦安裝操作系統要占用硬盤空間一樣。

      當然這里還涉及到一個ECC糾錯能力的問題，假設對這個Flash進行掃描的定義的ECC糾錯能力為1bit，只有數據出現超過1bit錯誤的塊才會被標記為壞塊。這個時候需要區分塊糾錯和扇區糾錯的差別，假設任何一個塊里有任何一個扇區（512bytes）存在超出1bit的錯誤，常規主控在掃描的時候就會判斷整個塊為壞區域，這樣將損失整個塊128Kbytes的容量；但是當使用扇區糾錯的主控時，同樣1bit ECC糾錯，他會直接去判斷這個塊里哪些是超出1bit錯誤的扇區，從而將其剔除，損失的只是每個真正有錯誤扇區的512bytes容量，從而保留了其余沒有錯誤的扇區，這樣Flash的利用率可以得到極大的提高。