C8051F的超大容量Flash存储器扩展

       NAND结构Flash数据存储器件是超大容量数据存储的理想选择,当前被广泛应用于U盘、MP3和数码相机的数据存储。本文对该类型Flash的基本操作进行研究并对实际应用系统给予验证,揭示了NAND结构Flash的操作规律。

　　引言

　　大容量数据存储是单片机应用系统的瓶颈,受到容量、功耗、寻址方式的约束。突破容量限制,可以很大程度上扩展和提高应用系统的总体功能。Sumsung公司的NAND结构Flash存储器件是一款性价比很高的超大容量数据存储器件,在MP3、U盘、数码相机和PDA中有广泛的应用,且市场占有份额逐年加大。用该器件作为各种单片机尤其是嵌入式系统的数据存储器,可以完美地解决容量限制,实现灵活操作,势必成为数据存储的主流方向。

　　1 器件介绍

　　NAND结构Flash是Sumsung公司隆重推出并着力开发的新一代数据存储器件,电源电压1.7～3.6V,体积小,功耗低,容量最大可达1GB,按页进行读写,按块擦除,通过I/O口分时复用作为命令/地址/数据。本次应用开发的是NAND结构16MB的K9F2808UOB,其它大容量的器件只比该型号送出的地址多了几字节,操作指令和时序相同。具体结构说明如图1所示。
　　　　　　　　　　　

　图1 存储器结构示意图

　   由图1可知,该器件由1K个块(block)组成,每个块有32页,每页有528字节,这528字节分成A、B、C三个区。对每一页的寻址需要通过I/O口送出三个地址,第二、三行地址（A9～A23）指明寻址到某一页,第一列地址指明寻址到页的指定区中某一字节。对页的分区命令如表1所列。

　　　　　　表1 起始指针位置与区域关系对照表
　　　　　　　　　　　　　　　　

       由表1可以看出,00H、01H、50H只是选区指针。选定区的内部寻址是由第一个列地址完成的,A0～A7可以最大寻址256字节。

       2 应用举例

　　在开发便携式心电信号采集监视仪中,K9F2808被用做心电采样数据存储器。MCU采用美国Cygnal公司的SoC增强型单片机C8051F020,内部RAM共有4352字节,I/O支持双向操作等。Flash的命令引脚要接到端口1上去,端口3是命令/地址/数据的复用形式。显然这里的数据是并行的,因此操作速度很快,达到了读页 1.2ns,写页200μs。图2给出了芯片的接口电路图。由于篇幅所限,图3只给出写页的命令时序,并对相关的指令代码做简要说明。
　　

　　　　　　　　　　图2 接口电路
　　　　

　　　                             　图3 写操作时序

　  在写页之前,MCU的RAM中就应该存有采样来的528字节的数据。写操作时,先指出写开始地址。这由选区命令和第一个列地址来共同指定,以后在写页时就可以忽略不写。此处为了最大限度存储数据,开始地址定为A区的00H。为了指定这个地址,必须在送出命令80H之前送出选区命令00H,同时地址A0～A7置为0。紧跟在80H之后送出三个地址,第一个列地址已经是00H,第二、三页地址只要指定A9～A23就可以了。

　  随后连续送出528个数据字节,为了把数据从Flash的数据寄存器写入对应存储单元,接下来再写入命令10H。经过约500μs的物理写入,就可以进行状态查询了。写入命令字70H后,从Flash的I/O0位就可以读出操作结果标志。在执行主代码之前,需要对单片机进行初始化和定义操作子函数。详细的写入程序清单请参看本刊网站www.dpj.com.cn。

       3 小结

　　以上操作代码成功实现了对Sumsung公司NAND结构Flash的页写入,其它基本操作只要在写页的基础上进行修改即可。

　  在使用该器件时要注意：

　  ①所选单片机最好是高速的,内部RAM要大,端口支持实时双向输入输出;

　  ②由于该Flash的操作时序是ns级,所以在调试时要注意指令的安排顺序和有选择地加入空操作指令,以满足其精确的时序要求;

　  ③对于实施信号检测采样的各种工业应用,本文的大容量Flash可圆满实现各种基本操作。

      参考文献

　　1 Samsung Electronics Datasheet. Samsung——K9F2808 q(u)ob
　　2 马忠梅. 单片机的C语言应用程序设计. 北京：北京航空航天大学出版社, 2002
　　3 潘琢金. C8051FXXX高速SoC单片机原理及应用. 北京：北京航空航天大学出版社, 2002

　　赵文彬 硕士研究生,研究方向为医学信号检测与医学图像处理。
　　向平 副教授,研究方向为医学信号处理。