C8051F的超大容量Flash存儲(chǔ)器擴(kuò)展

摘要：NAND結(jié)構(gòu)Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件是超大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的理想選擇，當(dāng)前被廣泛應(yīng)用于U盤、MP3和數(shù)碼相機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。本文對(duì)該類型Flash的基本操作進(jìn)行研究并對(duì)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)給予驗(yàn)證，揭示了NAND結(jié)構(gòu)Flash的操作規(guī)律。

引 言

　　大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的瓶頸，受到容量、功耗、尋址方式的約束。突破容量限制，可以很大程度上擴(kuò)展和提高應(yīng)用系統(tǒng)的總體功能。Sumsung公司的NAND結(jié)構(gòu)Flash存儲(chǔ)器件是一款性價(jià)比很高的超大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，在MP3、U盤、數(shù)碼相機(jī)和PDA中有廣泛的應(yīng)用，且市場(chǎng)占有份額逐年加大。用該器件作為各種單片機(jī)尤其是嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可以完美地解決容量限制，實(shí)現(xiàn)靈活操作，勢(shì)必成為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的主流方向。

1 器件介紹

　　NAND結(jié)構(gòu)Flash是Sumsung公司隆重推出并著力開發(fā)的新一代數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，電源電壓1.7～3.6V，體積小，功耗低，容量最大可達(dá)1GB，按頁(yè)進(jìn)行讀寫，按塊擦除，通過(guò)I/O口分時(shí)復(fù)用作為命令/地址/數(shù)據(jù)。本次應(yīng)用開發(fā)的是NAND結(jié)構(gòu)16MB的K9F2808UOB，其它大容量的器件只比該型號(hào)送出的地址多了幾字節(jié)，操作指令和時(shí)序相同。具體結(jié)構(gòu)說(shuō)明如圖1所示。

　　由圖1可知，該器件由1K個(gè)塊(block)組成，每個(gè)塊有32頁(yè)，每頁(yè)有528字節(jié)，這528字節(jié)分成A、B、C三個(gè)區(qū)。對(duì)每一頁(yè)的尋址需要通過(guò)I/O口送出三個(gè)地址，第二、三行地址（A9～A23）指明尋址到某一頁(yè)，第一列地址指明尋址到頁(yè)的指定區(qū)中某一字節(jié)。對(duì)頁(yè)的分區(qū)命令如表1所列。

表1 起始指針位置與區(qū)域關(guān)系對(duì)照表

　　由表1可以看出，00H、01H、50H只是選區(qū)指針。選定區(qū)的內(nèi)部尋址是由第一個(gè)列地址完成的，A0～A7可以最大尋址256字節(jié)。

2 應(yīng)用舉例

　　在開發(fā)便攜式心電信號(hào)采集監(jiān)視儀中，K9F2808被用做心電采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。MCU采用美國(guó)Cygnal公司的SoC增強(qiáng)型單片機(jī)C8051F020，內(nèi)部RAM共有4352字節(jié)，I/O支持雙向操作等。Flash的命令引腳要接到端口1上去，端口3是命令/地址/數(shù)據(jù)的復(fù)用形式。顯然這里的數(shù)據(jù)是并行的，因此操作速度很快，達(dá)到了讀頁(yè) 1.2ns，寫頁(yè)200μs。圖2給出了芯片的接口電路圖。由于篇幅所限，圖3只給出寫頁(yè)的命令時(shí)序，并對(duì)相關(guān)的指令代碼做簡(jiǎn)要說(shuō)明。

　　在寫頁(yè)之前，MCU的RAM中就應(yīng)該存有采樣來(lái)的528字節(jié)的數(shù)據(jù)。寫操作時(shí)，先指出寫開始地址。這由選區(qū)命令和第一個(gè)列地址來(lái)共同指定，以后在寫頁(yè)時(shí)就可以忽略不寫。此處為了最大限度存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，開始地址定為A區(qū)的00H。為了指定這個(gè)地址，必須在送出命令80H之前送出選區(qū)命令00H，同時(shí)地址A0～A7置為0。緊跟在80H之后送出三個(gè)地址，第一個(gè)列地址已經(jīng)是00H，第二、三頁(yè)地址只要指定A9～A23就可以了。隨后連續(xù)送出528個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，為了把數(shù)據(jù)從Flash的數(shù)據(jù)寄存器寫入對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元，接下來(lái)再寫入命令10H。經(jīng)過(guò)約500μs的物理寫入，就可以進(jìn)行狀態(tài)查詢了。寫入命令字70H后，從Flash的I/O0位就可以讀出操作結(jié)果標(biāo)志。在執(zhí)行主代碼之前，需要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化和定義操作子函數(shù)。詳細(xì)的寫入程序清單請(qǐng)參看本刊網(wǎng)站www.dpj.com.cn。

圖3

3 小 結(jié)

　　以上操作代碼成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)Sumsung公司NAND結(jié)構(gòu)Flash的頁(yè)寫入，其它基本操作只要在寫頁(yè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改即可。在使用該器件時(shí)要注意：①所選單片機(jī)最好是高速的，內(nèi)部RAM要大，端口支持實(shí)時(shí)雙向輸入輸出；②由于該Flash的操作時(shí)序是ns級(jí)，所以在調(diào)試時(shí)要注意指令的安排順序和有選擇地加入空操作指令,以滿足其精確的時(shí)序要求；③對(duì)于實(shí)施信號(hào)檢測(cè)采樣的各種工業(yè)應(yīng)用，本文的大容量Flash可圓滿實(shí)現(xiàn)各種基本操作。