閃速存儲器芯片K9F6408系列的典型應(yīng)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(hù)，可擦除，I/O口命令/地址/數(shù)據(jù)線復(fù)用和接口便利等特點(diǎn)，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(jī)P87C52的硬件連接電路及閃速存儲器操作的軟件應(yīng)用程序。

關(guān)鍵詞：flash 存儲器；扇區(qū)；操作；應(yīng)用程序

1、概述

存儲器是計(jì)算機(jī)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(shí)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(yīng)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(yīng)用范圍極廣，從現(xiàn)代計(jì)算機(jī)優(yōu)盤到嵌入式系統(tǒng)中取代 的地位，可謂占盡風(fēng)流。正因?yàn)镕lash的應(yīng)用廣泛，了解和掌握Flash的相關(guān)操作和管理技術(shù)就極為重要。大致說來Flash操作包括：檢錯(cuò)（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(jī)，它有24個(gè)I/O口，其中8個(gè)作為有特殊功能的I/O口，因此只剩16個(gè)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(fù)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(shù)。

2、K9F640800A芯片的性能特點(diǎn)：

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(fù)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(shí)序采用分時(shí)循環(huán)。（見時(shí)序圖5）
寫入每頁的時(shí)間為200us，平均每寫一個(gè)字節(jié)約400ns，即約20Mb/s。
該flash的每一個(gè)扇區(qū)又分為三個(gè)區(qū)（256字節(jié)，256字節(jié)和16字節(jié)），如果需要對這三個(gè)區(qū)獨(dú)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(hù)。

引腳分布、功能及操作命令如圖1所示：

3、P87C52與K9F6408U0A的應(yīng)用電路

我們設(shè)計(jì)了一個(gè)系統(tǒng)，所需實(shí)現(xiàn)的功能是，由P87C52單片機(jī)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(dāng)上位機(jī)發(fā)出讀命令時(shí)，P87C52再從flash中取出數(shù)據(jù)，發(fā)給上位機(jī)。在此，我們給出了K9F6408U0A的flash芯片與P87C52單片機(jī)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(cuò)，讀，寫，擦除和管理flash空間。

1）檢錯(cuò)：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(jìn)行檢測。Flash扇區(qū)的好壞標(biāo)志存在于第3區(qū)中的第6 Column, 若扇區(qū)已壞，則標(biāo)志位數(shù)據(jù)不是FFH。設(shè)置一錯(cuò)誤扇區(qū)的表，掃描檢錯(cuò)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(gè)塊中（因?yàn)镾AMSUNG確保第一個(gè)塊能正確使用）。流程圖(圖四)：

2）讀flash：Flash 分三個(gè)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(shí)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(gè)扇區(qū)有528個(gè)字節(jié)
while(!Flash_RB)//當(dāng)讀信號無效時(shí)，等待
{
}
while(k) file://當(dāng)k不為0時(shí)，就繼讀；否則就停止讀
{
Flash_RD=0; file://準(zhǔn)備好讀入
#pragma asm file://嵌入?yún)R編，插入2個(gè)機(jī)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(gè)機(jī)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(gè)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(shí)，將欲寫入數(shù)據(jù)的地址與錯(cuò)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(gè)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(shí)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(dāng)未遍歷到最后一個(gè)無效塊時(shí),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(dāng)開始對一頁進(jìn)行寫操作時(shí)，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(dāng)寄存器中數(shù)據(jù)滿528字節(jié)（1頁）時(shí)，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(zhǔn)備好讀入
#pragma asm//嵌入?yún)R編，插入兩個(gè)機(jī)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(gè)塊的第一個(gè)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(jìn)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(yù)命令
WriteAddresspage(16*blockcount);
WriteCommand(0xD0);//塊擦除確認(rèn)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(gè)機(jī)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(gè)機(jī)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(gè)物理空間，取得已使用的扇區(qū)數(shù)N；（3）從第i個(gè)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(gè)扇區(qū)，如果讀到最后一個(gè)已使用的扇區(qū)就結(jié)束；（6）如果不是最后一個(gè)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(jìn)行（12）步；（12）若有效則判斷讀到最后一個(gè)扇區(qū)了嗎？（13）若沒有跳至步驟（3）；（14）若是最后一個(gè)已寫扇區(qū)，則結(jié)束整理程序。