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單板硬件設計:存儲器( NAND FLASH)

深圳市雷龍發(fā)展有限公司 ? 2023-05-19 17:04 ? 次閱讀
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在單板設計中,無論是涉及到一個簡易的CPUMCU小系統(tǒng)或者是復雜的單板設計,都離不開存儲器設計:

1、存儲器介紹

存儲器的分類大致可以劃分如下:

ROMRAM指的都是半導體存儲器,ROM在系統(tǒng)停止供電的時候仍然可以保持數(shù)據(jù),而RAM通常都是在掉電之后就丟失數(shù)據(jù),典型的RAM就是計算機的內存。

image.php?url=YD_cnt_75_01MT4qM8PyDy

1.1 存儲器ROM介紹

rom最初不能編程,出廠什么內容就永遠什么內容,不靈活。后來出現(xiàn)了prom,可以自己寫入一次,要是寫錯了,只能換一片,自認倒霉。人類文明不斷進步,終于出現(xiàn)了可多次擦除寫入的EPROM,每次擦除要把芯片拿到紫外線上照一下,想一下你往單片機上下了一個程序之后發(fā)現(xiàn)有個地方需要加一句話,為此你要把單片機放紫外燈下照半小時,然后才能再下一次,這么折騰一天也改不了幾次。歷史的車輪不斷前進,偉大的EEPROM出現(xiàn)了,拯救了一大批程序員,終于可以隨意的修改rom中的內容了。

EEPROM的全稱是“電可擦除可編程只讀存儲器”,即Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory。是相對于紫外擦除的rom來講的。但是今天已經(jīng)存在多種EEPROM的變種,變成了一類存儲器的統(tǒng)稱。

狹義的EEPROM:

這種rom的特點是可以隨機訪問和修改任何一個字節(jié),可以往每個bit中寫入0或者1。這是最傳統(tǒng)的一種EEPROM,掉電后數(shù)據(jù)不丟失,可以保存100年,可以擦寫100w次。具有較高的可靠性,但是電路復雜/成本也高。因此目前的EEPROM都是幾十千字節(jié)到幾百千字節(jié)的,絕少有超過512K的。

flash:

flash屬于廣義的EEPROM,因為它也是電擦除的rom。但是為了區(qū)別于一般的按字節(jié)為單位的擦寫的EEPROM,我們都叫它flash。

flash做的改進就是擦除時不再以字節(jié)為單位,而是以塊為單位,一次簡化了電路,數(shù)據(jù)密度更高,降低了成本。

flash 分為 nor flash 和 nand flash:

nor flash 數(shù)據(jù)線和地址線分開,可以實現(xiàn)ram一樣的隨機尋址功能,可以讀取任何一個字節(jié)。但是擦除仍要按塊來擦。NOR FLASH的主要供應商是INTEL ,MICRO等廠商。

nand flash 同樣是按塊擦除,但是數(shù)據(jù)線和地址線復用,不能利用地址線隨機尋址。讀取只能按頁來讀取。(nandflash按塊來擦除,按頁來讀,norflash沒有頁),NAND FLASH的主要供應商是SAMSUNG和東芝

由于nandflash引腳上復用,因此讀取速度比nor flash慢一點,但是擦除和寫入速度比nor flash快很多。nand flash內部電路更簡單,因此數(shù)據(jù)密度大,體積小,成本也低。因此大容量的flash都是nand型的。小容量的2~12M的flash多是nor型的。

使用壽命上,nand flash的擦除次數(shù)是nor的數(shù)倍。而且nand flash可以標記壞塊,從而使軟件跳過壞塊。nor flash 一旦損壞便無法再用。

因為nor flash可以進行字節(jié)尋址,所以程序可以在nor flash中運行。嵌入式系統(tǒng)多用一個小容量的nor flash存儲引導代碼,用一個大容量的nand flash存放文件系統(tǒng)和內核。

1.2 存儲器RAM介紹

RAM有兩大類,一種稱為靜態(tài)RAM(Static RAM/SRAM),SRAM速度非常快,是目前讀寫最快的存儲設備了,但是它也非常昂貴,所以只在要求很苛刻的地方使用,譬如CPU的一級緩沖,二級緩沖。另一種稱為動態(tài)RAM(Dynamic RAM/DRAM),DRAM保留數(shù)據(jù)的時間很短,速度也比SRAM慢,不過它還是比任何的ROM都要快,但從價格上來說DRAM相比SRAM要便宜很多,計算機內存就是DRAM的。

DRAM:

DRAM利用MOS管的柵電容上的電荷來存儲信息,一旦掉電信息會全部的丟失,由于柵極會漏電,所以每隔一定的時間就需要一個刷新機構給這些柵電容補充電荷,并且每讀出一次數(shù)據(jù)之后也需要補充電荷,這個就叫動態(tài)刷新,所以稱其為動態(tài)隨機存儲器。由于它只使用一個MOS管來存信息,所以集成度可以很高,容量能夠做的很大。SDRAM比它多了一個與CPU時鐘同步。

DRAM分為很多種,常見的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等,這里介紹其中的一種DDR RAM。

DDR RAM(Date-Rate RAM)也稱作DDR SDRAM,這種改進型的RAM和SDRAM是基本一樣的,不同之處在于它可以在一個時鐘讀寫兩次數(shù)據(jù),這樣就使得數(shù)據(jù)傳輸速度加倍了。這是目前電腦中用得最多的內存。在很多高端的顯卡上,也配備了高速DDR RAM來提高帶寬,這可以大幅度提高3D加速卡的像素渲染能力。

內存工作原理:內存是用來存放當前正在使用的(即執(zhí)行中)的數(shù)據(jù)和程序,我們平常所提到的計算機的內存指的是動態(tài)內存(即DRAM),動態(tài)內存中所謂的"動態(tài)",指的是當我們將數(shù)據(jù)寫入DRAM后,經(jīng)過一段時間,數(shù)據(jù)會丟失,因此需要一個額外設電路進行內存刷新操作。具體的工作過程是這樣的:一個DRAM的存儲單元存儲的是0還是1取決于電容是否有電荷,有電荷代表1,無電荷代表0。但時間一長,代表1的電容會放電,代表0的電容會吸收電荷,這就是數(shù)據(jù)丟失的原因;刷新操作定期對電容進行檢查,若電量大于滿電量的1/2,則認為其代表1,并把電容充滿電;若電量小于1/2,則認為其代表0,并把電容放電,藉此來保持數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

SRAM:

SRAM利用寄存器來存儲信息,所以一旦掉電,資料就會全部丟失,只要供電,它的資料就會一直存在,不需要動態(tài)刷新,所以叫靜態(tài)隨機存儲器。

3.產品應用

最近有幸獲得了由深圳雷龍?zhí)峁┑膬煽頕LASH產品樣品,目前雷龍已經(jīng)成功量產了如下幾款FLASH產品;

image.php?url=YD_cnt_75_01MT4qQ3jB0B

并且提供了方便驗證的PCB板提供產品的驗證:

image.php?url=YD_cnt_75_01MT4qS9GiZy

這里以雷龍CSNP32GCR01-AOW 4GByte NANDFLASH產品為例,該產品可適用于CPU的外掛使用:

image.php?url=YD_cnt_75_01MT4qPYRJBy

STM32 參考配套例程如下獲得:

  • 【本文轉載自CSDN,作者:焊武大帝】
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