Chinaunix首页 | 论坛 | 博客
  • 博客访问: 2235731
  • 博文数量: 668
  • 博客积分: 10016
  • 博客等级: 上将
  • 技术积分: 8588
  • 用 户 组: 普通用户
  • 注册时间: 2008-05-29 19:22
文章分类

全部博文(668)

文章存档

2011年(1)

2010年(2)

2009年(273)

2008年(392)

分类:

2009-12-07 20:12:30

当前各类嵌入式系统开发设计中,存储模块是不可或缺的重要方面。NOR和NAND是目前市场上两种主要的非易失闪存技术。

       Nor-flash存储器的容量较小、写入速度较慢,但因其随机读取速度快,因此在嵌入式系统中,常应用在程序代码的存储中。Nor-flash存储器的内部结构决定它不适合朝大容量发展;而Nand-flash存储器结构则能提供极高的单元密度,可以达到很大的存储容量,并且写入和擦除的速度也很快。
   

       Nand-flash存储器是flash存储器的-种,其内部采用非线性宏单元模式,为固态大容量存储器的实现提供了廉价有效的解决方案。Nand-flash存储器具有容量较大,改写速度快,适用于大量资料的存储,因而在业界得到了越来越广泛的应用,如嵌入式产品中包括数码相机、MP3随身听记忆卡、体积小巧的U盘等。
    本文以三星公司的K9F1208UOB芯片为例,介绍Nand-flash存储器芯片的读写流程和时序。

      1 Nand-Flash存储器的工作原理

      1.1 Nand-Flash存储器的组成结构及指令集
   

      K9F1208UOB的容量为64Mb,存储空间按128K个页(行)、每页中528个字节(列)的组成方式构成。备用的16列,位于列地址的512-527。K9F1208UOB还将存储空间分为块(block),每1块由32个页构成。因此K9F1208UOB中一共有4096个块。这种“块-页”结构,恰好能满足文件系统中划分簇和扇区的结构要求。K9F1208UOB的内部结构如图1所示。
 

                                            图1 K9F1208UOB的内部结构
   

      K9F1208UOB的读和写都以页为单位,擦除则以块为单位进行操作。
   

      K9F1208UOB的地址通过8位端口传送,有效地节省了引脚的数量,并能够保持不同密度器件引脚的一致性,系统可以在电路不作改动的情况下升级为高容量存储器件。
   

       K9F1208UOB通过CLE和ALE信号线实现I/O口上指令和地址的复用。指令、地址和数据都通过拉低WE和CE从I/O口写入器件中。有一些指令只需要一个总线周期完成,例如,复位指令、读指令和状态读指令等;另外一些指令,例如页写入和块擦除,则需要2个周期,其中一个周期用来启动,而另一个周期用来执行。

       1.2 Nand-Flash操作
       1.2.1 页读操作
   

       在初始上电时,器件进入缺省的“读方式1模式”。在这一模式下,页读操作通过将00h指令写入指令寄存器,接着写入3个地址(1个列地址,2个行地址)来启动。一旦页读指令被器件锁存,下面的页读操作就不需要再重复写入指令了。
   

       写入指令和地址后,处理器可以通过对信号线R/B的分析来判断该操作是否完成。如果信号为低电平,表示器件正“忙”;为高电平,说明器件内部操作完成,要读取的数据被送入了数据寄存器。外部控制器可以在以50ns为周期的连续RE脉冲信号的控制下,从I/O口依次读出数据。连续页读操作中,输出的数据是从指定的列地址开始,直到该页的最后-个列地址的数据为止。

       1.2.2 页写操作
   

       K9F1208UOB的写入操作也以页为单位。写入必须在擦除之后,否则写入将出错。
   

       页写入周期总共包括3个步骤:写入串行数据输入指令(80h),然后写入3个字节的地址信息,最后串行写入数据。串行写入的数据最多为528字节,它们首先被写入器件内的页寄存器,接着器件进入一个内部写入过程,将数据从页寄存器写入存储宏单元。
   

       串行数据写入完成后,需要写入“页写入确认”指令10h,这条指令将初始化器件的内部写入操作。如果单独写入10h而没有前面的步骤,则10h不起作用。10h写入之后,K9F1208UOB的内部写控制器将自动执行内部写入和校验中必要的算法和时序,这时系统控制器就可以去做别的事了。
   

       内部写入操作开始后,器件自动进入“读状态寄存器”模式。在这一模式下,当RE和CE为低电平时,系统可以读取状态寄存器。可以通过检测R/B的输出,或读状态寄存器的状态位(I/O 6)来判断内部写入是否结束。在器件进行内部写入操作时,只有读状态寄存器指令和复位指令会被响应。当页写入操作完成,应该检测写状态位(I/O 0)的电平。
   

       内部写校验只对没有成功地写为0的情况进行检测。指令寄存器始终保持着读状态寄存器模式,直到其他有效的指令写入指令寄存器为止。

       1.2.3 块擦除
   

       擦除操作是以块为单位进行的。擦除的启动指令为60h,块地址的输入通过两个时钟周期完成。这时只有地址位A14到A24是有效的,A9到A13则被忽略。块地址载入之后执行擦除确认指令D0h,它用来初始化内部擦除操作。擦除确认命令还用来防止外部干扰产生擦除操作的意外情况。器件检测到擦除确认命令输入后,在WE的上升沿启动内部写控制器开始执行擦除和擦除校验。内部擦除操作完成后,检测写状态位(I/O 0),从而了解擦除操作是否有错误发生。

       1.2.4 读状态寄存器
   

       K9F1208UOB包含一个状态寄存器,该寄存器反应了写入或擦除操作是否完成,或写入和擦除操作是否无错。写入70h指令,启动读状态寄存器周期。状态寄存器的内容将在CE或RE的下降沿处送出至I/O端口。
   

       器件一旦接收到读状态寄存器的指令,它就将保持状态寄存器在读状态,直到有其他的指令输入。因此,如果在任意读操作中采用了状态寄存器渎操作,则在连续页读的过程中,必须重发00h或50h指令。

       1.2.5 读器件ID
   

       K9F1208UOB器件具有一个产品鉴定识别码(ID),系统控制器可以读出这个ID,从而起到识别器件的作用。读ID的步骤是:写入90h指令,然后写入一个地址00h。在两个读周期下,厂商代码和器件代码将被连续输出至I/O口。
   

       同样,一旦进入这种命令模式,器件将保持这种命令状态,直到接收到其他的指令为止。

       1.2.6 复位
   

       器件提供一个复位(RESET)指令,通过向指令寄存器写入FFh来完成对器件的复位。当器件处于任意读模式、写入或擦除模式的忙状态时,发送复位指令可以使器件中止当前的操作,正在被修改的存储器宏单元的内容不再有效,指令寄存器被清零并等待下一条指令的到来。当WP为高时,状态寄存器被清为C0h。

       2 系统硬件连线及软件设计

       2.1硬件连线
    K9F1208UOB和S3C2440A的接口电路如图2所示。
 

                                   图2 K9F1208UOB与S3C2440A硬件电路

       2.2 软件设计

       步骤1:Nand-Flash初始化
   

       利用ADS1.2等工具建立工程文件nandflash_test.mcp,在Nand.c文件中Test_K9S1208子函数实现了主要测试功能。
gpacon = rGPACON;
rGPACON=(rGPACON &~(0x3f<<17))|(0x3f<<17);
首先备份rGPACON的内容,再设置GPA17-22的工作方式。然后调用Nand-Flash初始化函数。
NF8_Init0;//初始化函数
初始化函数的实现源码如下:
rNFCONF=(TACLS<<12)|(TWRPH0<<8)I(TWRPH1<<4)|(0<<0):
rNFCONT=(0<<13)|(0<<12)|(0<<10)|(0<<9)|(0<<8)|(1<<6)|(1<<5)|(1<<4)|(1<<1)|(1<<0):

       步骤2:读器件ID码
    由于S3C2440A中没有像支持SDRAM 一样提供直接与Nand-flash存储器的接口,读写的过程要靠软件编程来完成。初始化Nand-Flash后,就可以对Nand-Flash进行操作了。
程序调用NF8_Print_Id()子函数读出器件ID码。
id=NF8_CheckId(); //继续调用子函数
device=(U8)id;
maker=(U8)(id>>8):
Uart_Printf("Maker:%x,Device:%x ",maker,device);
NF8_Print_Id()源码如下:
NF_CMD(0x90);//写入90h指令
NF_ADDR(0x0);//写入地址00h
for(i=0;i<10;i++);
Uart_Printf("NFSTAT:0x%x ",rNFSTAT);
id=NF_RDDATA8()<<8;//Maker code 0xec读出ID值
id |=NF_RDDATA8();
//Devide code(K9S1208V:0x76),(K9K2G16U0M:0xca)

       步骤3:页读写程序
   

       本实验实现了某页的写及读出验证功能。Test_NFS_Rw子函数实现这一功能。
   

        程序首先初始化要写入的数据,*dstPt是要读出验证的数据,先填0;*srcPt是要写入的数据,先用随机数填满。
for(i=0;i<512;i++) *dstPt++=0x0;//填0
for(i=0;i<512;i++){
#if ADS10==TRUE
if(offset==-1) *srcPt++=rand()%0xff;//随机数填满
#else
if(offset==-1) srcPt++ =i%0xf;
#endif
else *srcPt++=i+offset;
}
写之前先进行擦除工作:
if(NF8_EraseBIock(block)==FAIL) return;
然后进行页写入操作:
if(NF8_WritePage(block,page,srcPt)==FAIL) return;
将用随机数填满的srcPt指向的数据写入到指定的页中。写入之后再读出验证:
if(NF8_ReadPage(block,page,dstPt)==FAIL) return;
Uart_Printf("Checking data. ");
for(error=0,i=0;i<512;i++){
if(*srcPt++!=*dstPt++){//比较操作
Uart_Printf("Error:%d[W:%x,R:%x] ",i,*srcPt,*dstPt);
error++;
}
}
if(error!=0)
{Uart_Printf("Fail to R/W test(%d). ",error);
return(2);
}
else
{Uart_Printf("R/W test OK. ");
return(1);
}
   

       其中NF8_ReadPage(block,page,dstPt)将读出的数据放入dstPt指向的地址空间里。最后将写入的数据和读出的数据比较,打印验证信息。

       步骤4:编译工程
   

        所有的函数都实现以后,通过ADS1.2进行编泽,生成可执行文件。在工程文件夹" andflash_testaandflash_test_DatakDebugRel"下,可以看到nandflash_test.bin可执行文件。

       步骤5:下载程序运行
   

       将串口线与硬件开发系统板串口和开发PC机的COM1连接好(主要用于回显),用USB线和开发PC 机的USB口相连后(主要用于数据的下载),打开DNW 软件,将串口设置为COM1,比特率设置为115200,USB下载地址设为0x30000000。
   

       使用DNW 将前面生成的可执行文件下载到内存中去运行。

       3 结束语
   

       本文主要讨论了Nand-flash存储器芯片的工作原理以及以三星公司基于ARM公司的ARM920T处理器核S3C2440A为平台举了一个测试实例,让读者对整个存储系统的软硬件设计过程有了一个较为全面的了解,便于在其它嵌入式系统设计中运用。

阅读(1545) | 评论(0) | 转发(0) |
给主人留下些什么吧!~~