NOR Flash

 所谓Flash，是内存（Memory）的一种，但兼有RAM和ROM 的优点，是一种可在系统（In-System）进行电擦写，掉电后信息不丢失的存储器，同时它的高集成度和低成本使它成为市场主流。

    Flash 芯片是由内部成千上万个存储单元组成的，每个单元存储一个bit。具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系统编程（烧写）、擦除等特点，并且可由内部嵌入的算法完成对芯片的操作，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用。

    作为一种非易失性存储器，Flash在系统中通常用于存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等。

    常用的Flash为8位或16位的数据宽度，编程电压为单3.3V。主要的生产厂商为INTEL、ATMEL、AMD、HYUNDAI等。Flash 技术根据不同的应用场合也分为不同的发展方向，有擅长存储代码的NOR Flash和擅长存储数据的NAND Flash。一下对NOR Flash和NAND Flash的技术分别作了相应的介绍。

 

一．NOR Flash

1.市场介绍

    随着技术的发展，愈来愈多的电子产品需要更多的智能化，这也对这些产品的程序存储提出了更高的要求。Flash 作为一种低成本、高集成度的存储技术在电子产品领域的应用非常广泛。今天90%的PC、超过90%的手机、超过50%的Modem，都是用了Flash，如今Flash市场规模已经超过了100亿美元。

    如此巨大的市场规模，也导致市场上的Flash 品牌层出不穷。在NOR Flash市场中，Intel公司是非常重要的一家生产厂商。Intel公司生产的Flash芯片多年来占据着市场的很大份额，而它的芯片封装形式和接口也成为业界标准，从而为不同品牌的Flash带来了兼容的方便。

2.NOR Flash 的硬件设计和调试

    首先，Flash 要通过系统总线接在处理器上，即保持一个高速的数据交换的通道。那么就必须了解一下Flash在系统总线上的基本操作。

    1）先了解一下处理器存储空间BANK的概念。以32位处理器S3C2410为例，理论上可以寻址的空间为4GB，但其中有3GB的空间都预留给处理器内部的寄存器和其他设备了，留给外部可寻址的空间只有1GB，也就是0X00000000~0X3fffffff，总共应该有30根地址线。这1GB的空间，2410处理器又根据所支持的设备的特点将它分为了8份，每份空间有128MB，这每一份的空间又称为一个BANK。为方便操作，2410独立地给了每个BANK一个片选信号（nGCS7~nGCS0）。其实这8个片选信号可以看作是2410处理器内部30根地址线的最高三位所做的地址译码的结果。正因为这3根地址线所代表的地址信息已经由8个片选信号来传递了，因此2410处理器最后输出的实际地址线就只有A26~A0（如下图1）

图1  2410内存BANK示意图

    2）以图2(带nWAIT信号)为例，描述一下处理器的总线的读操作过程，来说明Flash整体读、写的流程。第一个时钟周期开始，系统地址总线给出需要访问的存储空间地址，经过Tacs时间后，片选信号也相应给出（锁存当前地址线上地址信息），再经过Tcso时间后，处理器给出当前操作是读（nOE为低）还是写（nWE为低），并在Tacc时间内将数据数据准备好放之总线上，Tacc时间后（并查看nWAIT信号，为低则延长本次总线操作），nOE 拉高，锁存数据线数据。这样一个总线操作就基本完成

 

图2  带nWAIT 信号的总线读操作

    3）NOR Flash的接口设计（现代的29LV160芯片）

29LV160存储容量为8M字节，工作电压为3.3V，采用56脚TSOP封装或48脚FBGA封装，16位数据宽度。29LV160仅需单3.3V电压即可完成在系统的编程与擦除操作，通过对其内部的命令寄存器写入标准的命令序列，可对Flash进行编程（烧写）、整片擦除、按扇区擦除以及其他操作。引脚信号描述和接口电路分别如图3和图4所示。

 

图3 29LV160引脚信号描述

 

 

图4  FLASH（29LV160）接口电路

 

    可以从信号引脚图3和总线操作图2看出，NOR Flash的接口和系统总线接口完全匹配，可以很容易地接到系统总线上。

 

3.NOR Flash的软件设计

    Flash 的命令很多，但常用到的命令就3种：识别、擦除、编程命令。以下就对3种命令作分别的简要介绍：

    1）  NOR Flash的识别

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 的识别程序由四个读写周期就可以完成，在Flash的相关命令表中可以查到相应ID识别的命令。

 

    2） NOR Flash的擦除

    要对NOR Flash进行写操作，就一定要先进性擦除操作。NOR Flash 的擦除都是以块（sector）为单位进行的，但是每一种型号的Flash的sector的大小不同，即使在同一片的Flash内，，不同sector的大小也是不完全一样的。

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);   

 }

             

                      图5  Erase 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;

}

 

 

图6  Toggle Bit Algorithm

       

    以上的方法为查询数据线上的一个特定位Toggle位。此外还有2种检测方法，一种为提供额外的Busy信号，处理器通过不断查询Busy信号来得知Flash的擦除操作是否完成，一般较少应用；一种为查询Polling位。

 

    3） NOR Flash 的编程操作

int 29lv160db_ProgFlash(U32 realAddr,U16 data)

{

        _WR(0x555,0xaa);

        _WR(0x2aa,0x55);

        _WR(0x555,0xa0);

 

        _WR(BADDR2WADDR(realAddr),data);

           return  _WAIT(BADDR2WADDR(realAddr);

         

}

    对擦除过的Flash进行编程比较简单，但仍然用到以上提到的查询算法，速度比较慢，一般为20uS，最长的达到500uS 。