閃速存儲器芯片K9F6408系列的典型應用
摘要:K9F6408系列是8M8bit的NAND型閃速存儲器。它以其快速讀寫循環(huán),數(shù)據(jù)硬件保護,可擦除,I/O口命令/地址/數(shù)據(jù)線復用和接口便利等特點,正成為大型數(shù)據(jù)如語音、數(shù)字圖像、文件等系統(tǒng)數(shù)據(jù)的載體。本文給出了K9F640800A與單片機P87C52的硬件連接電路及閃速存儲器操作的軟件應用程序。
關鍵詞:flash 存儲器;扇區(qū);操作;應用程序
1、概述
存儲器是計算機外圍產(chǎn)品的重要組成部分,在經(jīng)歷了ROM, PROM和 EPROM和 如今已到了閃速存儲器(Flash Memory)的時代。Flash存儲器以其低成本,高可靠性的讀寫,非易失性,可擦寫性和操作簡便而成為一系列程序代碼(應用軟件)和數(shù)據(jù)(用戶文件)存儲的理想媒體,從而受到到嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者的歡迎。
Flash存儲器的應用范圍極廣,從現(xiàn)代計算機優(yōu)盤到嵌入式系統(tǒng)中取代 的地位,可謂占盡風流。正因為Flash的應用廣泛,了解和掌握Flash的相關操作和管理技術就極為重要。大致說來Flash操作包括:檢錯(對Flash內(nèi)部壞扇區(qū)的檢測)、寫操作(寫入數(shù)據(jù))、讀操作(從Flash中讀出數(shù)據(jù))、空間管理和擦除操作。在系統(tǒng)中我們選用AT87C52單片機,它有24個I/O口,其中8個作為有特殊功能的I/O口,因此只剩16個I/O口可供一般的輸入/輸出使用。我們選用K9F640800A閃存的主要原因是它能節(jié)約I/O口,即它的地址線和數(shù)據(jù)線可復用。而其他許多閃存的地址線和數(shù)據(jù)線是分開使用的。因此,本文以SAMSUNG公司的K9F640800A為例,介紹Flash的操作技術。
2、K9F640800A芯片的性能特點:
供電電壓:2.7v~3.6v
該芯片容量為66Mbits,由1024塊組成,每塊又由16頁組成,一頁共有(512+16)8bit。使用64Mbits,另外還有2Mbits的閑置儲存空間。
寫和讀以頁為單位,而擦除以塊為單位。讀、寫和擦除操作均通過命令完成,非常方便。(參見圖3)
此芯片可擦寫1百萬次,掉電數(shù)據(jù)不丟失,數(shù)據(jù)可保存十年。
有8位串行口,且可復用,既可作為地址和數(shù)據(jù)的輸入/輸出引腳,又可作命令的輸入引腳,根據(jù)時序采用分時循環(huán)。(見時序圖5)
寫入每頁的時間為200us,平均每寫一個字節(jié)約400ns,即約20Mb/s。
該flash的每一個扇區(qū)又分為三個區(qū)(256字節(jié),256字節(jié)和16字節(jié)),如果需要對這三個區(qū)獨立操作,則通過00h,01h和50h命令分別選中。(參見圖3)
快速的讀寫循環(huán)和數(shù)據(jù)硬件保護。
引腳分布、功能及操作命令如圖1所示:
3、P87C52與K9F6408U0A的應用電路
我們設計了一個系統(tǒng),所需實現(xiàn)的功能是,由P87C52單片機將接收到的GPS芯片發(fā)送的數(shù)據(jù),按一定的格式處理后,存儲到Flash芯片上。當上位機發(fā)出讀命令時,P87C52再從flash中取出數(shù)據(jù),發(fā)給上位機。在此,我們給出了K9F6408U0A的flash芯片與P87C52單片機連接圖(圖2)。
4、K9F6408U0A的軟件編程
K9F6408U0A的軟件編程是采用C語言中嵌入?yún)R編來完成。主要包括:flash扇區(qū)檢錯,讀,寫,擦除和管理flash空間。
1)檢錯:剛出廠的Flash中可能存在壞扇區(qū),用久的Flash好扇區(qū)也可能變壞。為了保證讀寫數(shù)據(jù)的可靠性,必須對Flash扇區(qū)進行檢測。Flash扇區(qū)的好壞標志存在于第3區(qū)中的第6 Column, 若扇區(qū)已壞,則標志位數(shù)據(jù)不是FFH。設置一錯誤扇區(qū)的表,掃描檢錯flash,將壞扇區(qū)的號依次填入表中,將此表保存于flash存儲器中的第一個塊中(因為SAMSUNG確保第一個塊能正確使用)。流程圖(圖四):
2)讀flash:Flash 分三個區(qū),命令0X00,0X01和0X50可分別讀取第一,二,三區(qū)中的數(shù)據(jù)。
過程為:選中Flash,通過I/O口寫入讀命令字,寫入所讀數(shù)據(jù)地址,置讀信號有效(下跳沿有效)。
(讀寫)時序圖如下:
具體程序如下:
void FlashRead()
{
unsigned char d;
Flash_CE=0; file://片選
WriteCommand(0x00); file://寫讀的命令
WriteAddress(0x00,0); file://寫讀的地址
for(d=0;d!=2;d++) file://一次讀兩頁
{
uint k=528; file://每個扇區(qū)有528個字節(jié)
while(!Flash_RB)//當讀信號無效時,等待
{
}
while(k) file://當k不為0時,就繼讀;否則就停止讀
{
Flash_RD=0; file://準備好讀入
#pragma asm file://嵌入?yún)R編,插入2個機器周期
NOP
NOP
#pragma endasm//結(jié)束匯編
ACC=P0; file://把P0口讀出的值存入ACC寄存器
#pragma asm//嵌入?yún)R編,插入2個機器周期
NOP
NOP
#pragma endasm//結(jié)束匯編
Flash_RD=1; file://不再讀入
SendData(); file://串口發(fā)送數(shù)據(jù)
k--;
}
}
Flash_CE=1; file://不再片選
}
3)寫flash:和讀操作不一樣的是,寫操作有兩個命令字:0X80和0X10,寫入0X80后,表示將向寄存器中寫入數(shù)據(jù),如果再鍵入0X10則Flash中的控制器將寄存器的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲器中。寫操作時,將欲寫入數(shù)據(jù)的地址與錯誤扇區(qū)表相對照,看是否在表中。如果在表中,則將頁指針地址加十六(即換到下一個Block中),再對照,循環(huán)操作直到找到不在表中的地址。以此保證所寫的地址都是有效地址。具體過程:選中Flash,通過I/O口寫入寫命令字,寫入所要編程數(shù)據(jù)地址,置寫信號有效。(寫時序見圖五
*unsignedchar AssertBlock(unsigned char a)// 與記錄壞塊的表相對照的子程序
{
unsigned char i=0;
while (i!=invalidblockbound+1)// invalidblockbound是無效塊的總數(shù)
{
while(a!=*InvalidBlockAddress++)//當未遍歷到最后一個無效塊時,就繼續(xù)核對
{
i++;
}
}
if(i!=invalidblockbound+2)
return 1;//無效的塊
else
return 0;//有效的塊
}
void Write(void)//寫操作
{
unsigned char h;
if(first)//當開始對一頁進行寫操作時,first=1,否則為0
{
Flash_CE=0; file://片選
WriteCommand(0x80); file://寫命令0x80
*uchar AssertBlock(startpage/16) file://與記錄壞塊的表相對照
WriteAddress(0x00,startpage); file://寫地址
first=0;
}
for(h=0;h!=16;h++)
WriteData(output[h]); file://寫入寄存器處理好的GPS數(shù)據(jù)
if(FlagWrite)//當寄存器中數(shù)據(jù)滿528字節(jié)(1頁)時,F(xiàn)lagWrite=1,否則為0
{
WriteCommand(0x10);//將數(shù)據(jù)寫入flash
while(!Flash_RB) file://等待讀信號有效
{
}
WriteCommand(0x70); file://讀狀態(tài)量
Delay10us();
Flash_RD=0; file://準備好讀入
#pragma asm//嵌入?yún)R編,插入兩個機器周期
nop
nop
#pragma endasm//結(jié)束匯編
ACC=P0;
ACC=ACC0x01;
Flash_RD=1;
if(ACC!=0) file://若最后一位不為零
{
*(InvalidBlockAddress+j)=startpage/16; file://存儲無效塊空間的首地址
startpage=startpage+16; file://讀下一個塊的第一個扇區(qū)看是否是有效的扇區(qū)
}
Flash_CE=1; file://結(jié)束片選
startpage++; file://寫下一頁
first=1;
}
}
4)擦除:以塊為單位進行擦除。前后有兩條擦除命令以保證不會被意外擦除。
void FlashErase(uint a)
{
unsigned int blockcount;
Flash_CE=0;//片選
for(blockcount=0;blockcount!=a;blockcount++)//尋找被擦除的塊
{
WriteCommand(0x60);//塊擦除預命令
WriteAddresspage(16*blockcount);
WriteCommand(0xD0);//塊擦除確認命令
while(Flash_RB!=1)
{
}
WriteCommand(0x70);//讀擦除狀態(tài)命令
Delay10us();
Flash_RD=0;
#pragma asm//嵌入?yún)R編,插入3個機器周期
nop
nop
nop
#pragma endasm//結(jié)束匯編
ACC=P0;
#pragma asm//嵌入?yún)R編,插入1個機器周期
nop
#pragma endasm//結(jié)束匯編
Flash_RD=1;
ACC=ACC0x01;
if(ACC!=0)//擦除失敗
{
*InvalidBlockAddress=blockcount;//記錄壞的塊
InvalidBlockAddress++;
j++;
}
}
Flash_CE=1;//不再片選
}
5)flash管理:主要包括記錄無效的塊,flash空間檢測以及空間的整理。(在此以flash整理流程圖為例)
(1)開始flash整理程序;(2)掃描整個物理空間,取得已使用的扇區(qū)數(shù)N;(3)從第i個已使用的扇區(qū)讀起,初始化i=1;(4)看扇區(qū)的地址是否連續(xù);(5)如果連續(xù)就讀下一個扇區(qū),如果讀到最后一個已使用的扇區(qū)就結(jié)束;(6)如果不是最后一個已使用的扇區(qū),就跳到步驟(3);(7)如果物理扇區(qū)不連續(xù),則取得此扇區(qū)所在塊k的地址指針;(8)掃描到空閑塊j并取得其地址指針;(9)將k中所有的已寫扇區(qū)移至j中,擦除塊k;(10)擦除有效嗎(11)若無效則將此塊記為無效塊,并進行(12)步;(12)若有效則判斷讀到最后一個扇區(qū)了嗎?(13)若沒有跳至步驟(3);(14)若是最后一個已寫扇區(qū),則結(jié)束整理程序。
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