武漢工程大學 劉芳 趙振華

    1 nand flash和nor flash

    閃存(flash memory)由于其具有非易失性、電可擦除性、可重復編程以及高密度、低功耗等特點，被廣泛地應用于手機、mp3、數(shù)碼相機、筆記本電腦等數(shù)據(jù)存儲設備中。nand flash和nor flash是目前市場上兩種主要的非易失閃存芯片。與nor flash相比，nand flash在容量、功耗、使用壽命等方面的優(yōu)勢使其成為高數(shù)據(jù)存儲密度的理想解決方案。nor flash的傳輸效率很高，但寫入和擦除速度較低；而nand flash以容量大、寫速度快、芯片面積小、單元密度高、擦除速度快、成本低等特點，在非易失性類存儲設備中顯現(xiàn)出強勁的市場競爭力。

    結(jié)構(gòu)：nor flash為并行，nand flash為串行。

    總線：nor flash為分離的地址線和數(shù)據(jù)線，而nandflash為復用的。

    尺寸：典型的nand flash尺寸為nor flash尺寸的1／8。

    壞塊：nand器件中的壞塊是隨機分布的，需要對介質(zhì)進行初始化掃描以發(fā)現(xiàn)壞塊，并將壞塊標記為不可用。

    位交換：nand flash中發(fā)生的次數(shù)要比nor flash多，建議使用nand閃存時，同時使用edc／ecc算法。

    使用方法：nor flash是可在芯片內(nèi)執(zhí)行(xip，execute in place)，應用程序可以直接在fiash閃存內(nèi)運行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)ram中；而nand flash則需i／o接口，因此使用時需要寫入驅(qū)動程序。

    通過以上的分析和比較，nand flash更適合于大容量數(shù)據(jù)存儲的嵌入式系統(tǒng)。本設計選用samsung公司生產(chǎn)的nand flash存儲器芯片k9f1208作為存儲介質(zhì)，并應用在基于upsd3234a增強型8051單片機的嵌入式系統(tǒng)中。

    2 upsd3234a簡介

    upsd3234a是由意法半導體公司生產(chǎn)的一款基于8052內(nèi)核的增強型flash單片機，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該單片機包含1個帶8032微控制器的flash psd、2塊flash存儲器、sram、通用i／o口可編程邏輯、管理監(jiān)控功能，并可實現(xiàn)usb、i2c、adc、dac和pwm功能。其中，片內(nèi)8032微控制器，帶有2個標準異步通信口、3個16位定時／計數(shù)器、1個外部中斷以及jtag isp接口(用于在系統(tǒng)編程)，一般應用于手持設備、家用電器等領域中。

    3 k9f1208介紹

    k9f1208是samsung公司生產(chǎn)的512 mb(64m×8位)nand flash存儲器。該存儲器的工作電壓為2.7～3.6 v，內(nèi)部存儲結(jié)構(gòu)為528字節(jié)×32頁×4 096塊，頁大小為528字節(jié)，塊大小為(16 kb+512字節(jié))；可實現(xiàn)程序自動擦寫、頁程序、塊擦除、智能的讀／寫和擦除操作，一次可以讀／寫或者擦除4頁或者塊的內(nèi)容，內(nèi)部有命令寄存器。如圖2所示，該器件按功能可以劃分為：存儲陣列、輸入／輸出緩沖、命令寄存器、地址譯碼寄存器和控制邏輯產(chǎn)生。其中，命令寄存器用來確定外部設備對存儲器進行操作的類型；地址譯碼寄存器用于保存被訪問的地址并產(chǎn)生相應的譯碼選通信號。主設備通過8位i／o端口分時復用訪問器件命令、地址和數(shù)據(jù)寄存器，完成對芯片內(nèi)存儲器的訪問。

    4 k9f1208讀／寫和擦除操作的實現(xiàn)

    對于k9f1208的操作主要有頁讀取和頁編程操作。圖3是nand flash的標準頁讀取時序圖。具體的頁讀取操作如下：發(fā)命令階段，在片選信號ce有效的情況下，首先命令允許信號cle有效，此時寫入信號we有效，芯片準備好信號r／b置高，表示準備好；同時向i／o口發(fā)送讀操作命令(0x00或0x01)，表示是讀操作。發(fā)地址階段，此時片選有效，地址允許信號ale有效，寫入信號we保持有效，連續(xù)發(fā)送4個地址字；k9f1208的地址寄存器接收到地址值后，r／b信號將維持“忙”一段時間，此后r／b變?yōu)闇蕚浜脿顟B(tài)。最后是數(shù)據(jù)輸出階段，每次讀有效信號置低有效時，將會輸出一組數(shù)據(jù)。如此往復直到所有數(shù)據(jù)輸出完畢。

    圖4是nand flash的標準頁編程時序圖。具體的頁編程操