FLASH存儲-----NOR Flash

Flash芯片是由內(nèi)部成千上萬個存儲單元組成的，每個單元存儲一個bit。具有低功耗、大容量、擦寫速度快、可整片或分扇區(qū)在系統(tǒng)編程（燒寫）、擦除等特點，并且可由內(nèi)部嵌入的算法完成對芯片的操作，因而在各種嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。

作為一種非易失性存儲器，F(xiàn)lash在系統(tǒng)中通常用于存放程序代碼、常量表以及一些在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)等。

常用的Flash為8位或16位的數(shù)據(jù)寬度，編程電壓為單3.3V。主要的生產(chǎn)廠商為INTEL、ATMEL、AMD、HYUNDAI等。Flash技術根據(jù)不同的應用場合也分為不同的發(fā)展方向，有擅長存儲代碼的NOR Flash和擅長存儲數(shù)據(jù)的NAND Flash。一下對NOR Flash和NAND Flash的技術分別作了相應的介紹。

一．NOR Flash

1.市場介紹

隨著技術的發(fā)展，愈來愈多的電子產(chǎn)品需要更多的智能化，這也對這些產(chǎn)品的程序存儲提出了更高的要求。Flash作為一種低成本、高集成度的存儲技術在電子產(chǎn)品領域的應用非常廣泛。今天90%的PC、超過90%的手機、超過50%的Modem，都是用了Flash，如今Flash市場規(guī)模已經(jīng)超過了100億美元。

如此巨大的市場規(guī)模，也導致市場上的Flash品牌層出不窮。在NOR Flash市場中，Intel公司是非常重要的一家生產(chǎn)廠商。Intel公司生產(chǎn)的Flash芯片多年來占據(jù)著市場的很大份額，而它的芯片封裝形式和接口也成為業(yè)界標準，從而為不同品牌的Flash帶來了兼容的方便。

2.NOR Flash的硬件設計和調(diào)試

首先，F(xiàn)lash要通過系統(tǒng)總線接在處理器上，即保持一個高速的數(shù)據(jù)交換的通道。那么就必須了解一下Flash在系統(tǒng)總線上的基本操作。

1） 先了解一下處理器存儲空間BANK的概念。以32位處理器S3C2410為例，理論上可以尋址的空間為4GB，但其中有3GB的空間都預留給處理器內(nèi)部的寄存器和其他設備了，留給外部可尋址的空間只有1GB，也就是0X00000000~0X3fffffff，總共應該有30根地址線。這1GB的空間，2410處理器又根據(jù)所支持的設備的特點將它分為了8份，每份空間有128MB，這每一份的空間又稱為一個BANK。為方便操作，2410獨立地給了每個BANK一個片選信號（nGCS7~nGCS0）。其實這8個片選信號可以看作是2410處理器內(nèi)部30根地址線的最高三位所做的地址譯碼的結(jié)果。正因為這3根地址線所代表的地址信息已經(jīng)由8個片選信號來傳遞了，因此2410處理器最后輸出的實際地址線就只有A26~A0（如下圖1）

圖12410內(nèi)存BANK示意圖

2）以圖2(帶nWAIT信號)為例，描述一下處理器的總線的讀操作過程，來說明Flash整體讀、寫的流程。第一個時鐘周期開始，系統(tǒng)地址總線給出需要訪問的存儲空間地址，經(jīng)過Tacs時間后，片選信號也相應給出（鎖存當前地址線上地址信息），再經(jīng)過Tcso時間后，處理器給出當前操作是讀（nOE為低）還是寫（new為低），并在Tacc時間內(nèi)將數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)準備好放之總線上，Tacc時間后（并查看nWAIT信號，為低則延長本次總線操作），nOE拉高，鎖存數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)。這樣一個總線操作就基本完成

圖2帶nWAIT信號的總線讀操作

3）NOR Flash的接口設計（現(xiàn)代的29LV160芯片）

29LV160存儲容量為8M字節(jié)，工作電壓為3.3V，采用56腳TSOP封裝或48腳FBGA封裝，16位數(shù)據(jù)寬度。29LV160僅需單3.3V電壓即可完成在系統(tǒng)的編程與擦除操作，通過對其內(nèi)部的命令寄存器寫入標準的命令序列，可對Flash進行編程（燒寫）、整片擦除、按扇區(qū)擦除以及其他操作。引腳信號描述和接口電路分別如圖3和圖4所示。

圖3 29LV160引腳信號描述

圖4FLASH（29LV160）接口電路

可以從信號引腳圖3和總線操作圖2看出，NOR Flash的接口和系統(tǒng)總線接口完全匹配，可以很容易地接到系統(tǒng)總線上。

3.NOR Flash的軟件設計

Flash的命令很多，但常用到的命令就3種：識別、擦除、編程命令。以下就對3種命令作分別的簡要介紹：

1）NOR Flash的識別

29lv160_CheckId()

{

U8 tmp;

U16 manId,devId;

int i;

_RESET();

_WR(0x555,0xaa);

_WR(0x2aa,0x55);

_WR(0x555,0x90);

manId=_RD(0x0);

devId=_RD(0x1);

_RESET();

printf("Manufacture ID(0x22C4)=%4x, Device ID(0x2249)=%4xn",manId,devId);

if(manId == 0x22C4 && devId == 0x2249)

return 1;

else

return 0;

}

NOR Flash的識別程序由四個讀寫周期就可以完成，在Flash的相關命令表中可以查到相應ID識別的命令。

2）NOR Flash的擦除

要對NOR Flash進行寫操作，就一定要先進性擦除操作。NOR Flash的擦除都是以塊（sector）為單位進行的，但是每一種型號的Flash的sector的大小不同，即使在同一片的Flash內(nèi)，，不同sector的大小也是不完全一樣的。

void 29lv160db_EraseSector(int targetAddr)

{

printf("Sector Erase is started!n");

_RESET();

_WR(0x555,0xaa);

_WR(0x2aa,0x55);

_WR(0x555,0x80);

_WR(0x555,0xaa);

_WR(0x2aa,0x55);

_WR(BADDR2WADDR(targetAddr),0x30);

return_WAIT(BADDR2WADDR(targetAddr);

}

圖5Erase Operation

Int_WAIT(void)

{

unsigned int state，flashStatus，old;

old=_RD(BADDR2WADDR(0x0));

while(1)

{

flashStatus=_RD(BADDR2WADDR(0x0));

if( (old&0x40) == (flashStatus&0x40) )

break;

if( flashStatus&0x20 )

{

//printf("[DQ5=1:%x]n",flashStatus);

old=_RD(BADDR2WADDR(0x0));

flashStatus=_RD(BADDR2WADDR(0x0));

if( (old&0x40) == (flashStatus&0x40) )

return 0;

else return 1;

}

//printf(".");

old=flashStatus;

}//printf("!n");

return 1;

}

圖6Toggle Bit Algorithm

以上的方法為查詢數(shù)據(jù)線上的一個特定位Toggle位。此外還有2種檢測方法，一種為提供額外的Busy信號，處理器通過不斷查詢Busy信號來得知Flash的擦除操作是否完成，一般較少應用；一種為查詢Polling位。

3）NOR Flash的編程操作

int 29lv160db_ProgFlash(U32 realAddr,U16 data)

{

_WR(0x555,0xaa);

_WR(0x2aa,0x55);

_WR(0x555,0xa0);

_WR(BADDR2WADDR(realAddr),data);

return_WAIT(BADDR2WADDR(realAddr);

}

對擦除過的Flash進行編程比較簡單，但仍然用到以上提到的查詢算法，速度比較慢，一般為20uS，最長的達到500uS。