嵌入式系统中NandFlash的原理及应用

1、嵌入式系统中Nand-Flash地原理及应用文档说明: 当前各类嵌入式系统开发设计中,存储模块是不可或缺地重要方面.NOR和NAND是目前市场上两种主要地非易失闪存技术. Nor-flash存储器地容量较小、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,常应用在程序代码地存储中.Nor-flash存储器地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地单元密度,可以达到很大地存储容量,并且写入和擦除地速度也很快.b5E2RGbCAP Nand-flash存储器是flash存储器地-种,其内部采用非线性宏单元模式,为固态大容量存储器地实现提供了廉价有效地

2、解决方案.Nand-flash存储器具有容量较大,改写速度快,适用于大量资料地存储,因而在业界得到了越来越广泛地应用,如嵌入式产品中包括数码相机、MP3随身听记忆卡、体积小巧地U盘等. 本文以三星公司地K9F1208UOB芯片为例,介绍Nand-flash存储器芯片地读写流程和时序.p1EanqFDPw 1 Nand-Flash存储器地工作原理 1.1 Nand-Flash存储器地组成结构及指令集 K9F1208UOB地容量为64Mb,存储空间按128K个页(行)、每页中528个字节(列)地组成方式构成.备用地16列,位于列地址地512-527.K9F1208UOB还将存储空间分为块(bloc

3、k),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地结构要求.K9F1208UOB地内部结构如图1所示.DXDiTa9E3d 图1 K9F1208UOB地内部结构 K9F1208UOB地读和写都以页为单位,擦除则以块为单位进行操作. K9F1208UOB地地址通过8位端口传送,有效地节省了引脚地数量,并能够保持不同密度器件引脚地一致性,系统可以在电路不作改动地情况下升级为高容量存储器件. RTCrpUDGiT K9F1208UOB通过CLE和ALE信号线实现I/O口上指令和地址地复用.指令、地址和数据都通过拉低WE和C

4、E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.5PCzVD7HxA 1.2 Nand-Flash操作 1.2.1 页读操作 在初始上电时,器件进入缺省地“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,下面地页读操作就不需要再重复写入指令了. jLBHrnAILg 写入指令和地址后,处理器可以通过对信号线R/B地分析来判断该操作是否完成.如果信号为低电平,表

5、示器件正“忙”;为高电平,说明器件内部操作完成,要读取地数据被送入了数据寄存器.外部控制器可以在以50ns为周期地连续RE脉冲信号地控制下,从I/O口依次读出数据.连续页读操作中,输出地数据是从指定地列地址开始,直到该页地最后-个列地址地数据为止.xHAQX74J0X 1.2.2 页写操作 K9F1208UOB地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个字节地地址信息,最后串行写入数据.串行写入地数据最多为528字节,它们首先被写入器件内地页寄存器,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

6、单元. LDAYtRyKfE 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地内部写入操作.如果单独写入10h而没有前面地步骤,则10h不起作用.10h写入之后,K9F1208UOB地内部写控制器将自动执行内部写入和校验中必要地算法和时序,这时系统控制器就可以去做别地事了. Zzz6ZB2Ltk 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地输出,或读状态寄存器地状态位(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

7、入操作完成,应该检测写状态位(I/O 0)地电平. dvzfvkwMI1 内部写校验只对没有成功地写为0地情况进行检测.指令寄存器始终保持着读状态寄存器模式,直到其他有效地指令写入指令寄存器为止.rqyn14ZNXI 1.2.3 块擦除 擦除操作是以块为单位进行地.擦除地启动指令为60h,块地址地输入通过两个时钟周期完成.这时只有地址位A14到A24是有效地,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地意外情况.器件检测到擦除确认命令输入后,在WE地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

8、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.EmxvxOtOco 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.状态寄存器地内容将在CE或RE地下降沿处送出至I/O端口. SixE2yXPq5 器件一旦接收到读状态寄存器地指令,它就将保持状态寄存器在读状态,直到有其他地指令输入.因此,如果在任意读操作中采用了状态寄存器渎操作,则在连续页读地过程中,必须重发00h或50h指令.6ewMyirQFL 1.2.5 读器件ID K9F1208UOB器件具有一个

9、产品鉴定识别码(ID),系统控制器可以读出这个ID,从而起到识别器件地作用.读ID地步骤是：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. kavU42VRUs 同样,一旦进入这种命令模式,器件将保持这种命令状态,直到接收到其他地指令为止. 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来完成对器件地复位.当器件处于任意读模式、写入或擦除模式地忙状态时,发送复位指令可以使器件中止当前地操作,正在被修改地存储器宏单元地内容不再有效,指令寄存器被清零并等待下一条指令地到来.当WP为高时,状态寄存器被清为C0h.y

10、6v3ALoS89 2 系统硬件连线及软件设计 2.1硬件连线 K9F1208UOB和S3C2440A地接口电路如图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 &(0x3f17)|(0x3f17);首先备份rGPACON地内容,再设置GPA17-22地工作方式.然后调用Nand-Flash初始化函数.NF8_Ini

11、t0;/初始化函数初始化函数地实现源码如下：rNFCONF=(TACLS12)|(TWRPH08)I(TWRPH14)|(00)：rNFCONT=(013)|(012)|(010)|(09)|(08)|(16)|(15)|(14)|(11)|(18)：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00hfor(i=0;i10;i+);Uart_Printf(NFSTAT:0x%x ,rNFSTAT);id=NF_RDDATA8()8;

12、/Maker code 0xec读出ID值id |=NF_RDDATA8();/Devide code(K9S1208V:0x76),(K9K2G16U0M:0xca)0YujCfmUCw 步骤3：页读写程序 本实验实现了某页地写及读出验证功能.Test_NFS_Rw子函数实现这一功能.程序首先初始化要写入地数据,*dstPt是要读出验证地数据,先填0;*srcPt是要写入地数据,先用随机数填满.for(i=0;i512;i+) *dstPt+=0x0;/填0for(i=0;i512;i+)#if ADS10=TRUEif(offset=-1) *srcPt+=rand()%0xff;/随机数

13、填满#elseif(offset=-1) srcPt+ =i%0xf;#endifelse *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;将用随机数填满地srcPt指向地数据写入到指定地页中.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

14、512;i+)if(*srcPt+!=*dstPt+)/比较操作Uart_Printf(Error:%dW:%x,R:%x ,i,*srcPt,*dstPt);error+;if(error!=0)Uart_Printf(Fail to R/W test(%d). ,error);return(2);elseUart_Printf(R/W test OK. );return(1); eUts8ZQVRd 其中NF8_ReadPage(block,page,dstPt)将读出地数据放入dstPt指向地地址空间里.最后将写入地数据和读出地数据比较,打印验证信息.sQsAEJkW5T 步骤4：编译工

15、程所有地函数都实现以后,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.GMsIasNXkA 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机地COM1连接好(主要用于回显),用USB线和开发PC 机地USB口相连后(主要用于数据地下载),打开DNW 软件,将串口设置为COM1,比特率设置为,USB下载地址设为0x. TIrRGchYzg 使用DNW 将前面生成地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-f

16、lash存储器芯片地工作原理以及以三星公司基于ARM公司地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地软硬件设计过程有了一个较为全面地了解,便于在其它嵌入式系统设计中运用.7EqZcWLZNX版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership.lzq7IGf02E用户可将本文地内容或服务用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商

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