大容量FLASH在單片機臺標系統中的應用

1　引　言

FLASH是一種兼有紫外線(xiàn)擦除EPROM和電可擦可編程只讀存儲器（E2PROM）兩者優(yōu)點(diǎn)的新型非易失存儲器。由于它可在線(xiàn)進(jìn)行電可擦除和編程，芯片每區可獨立擦寫(xiě)至少10,000次以上，因而對于需周期性地修改被儲存的代碼和數據表的應用場(chǎng)合，以及作為一種高密度的、非易失的數據采集和存儲介質(zhì)，FLASH都是理想的器件選擇。隨著(zhù)其容量越來(lái)越大，FLASH對于數字圖像的存儲也具有了一定的能力。筆者所做的臺標機就是用Intel公司生產(chǎn)的64Mbit（8MByte）的FLASH 28F640J5作為臺標圖像的存儲介質(zhì)。下面就以該臺標機系統為例，介紹28F640J5在系統中的具體應用。

2　FLASH28F640J5簡(jiǎn)介

2．1　主要性能特點(diǎn)

28F640J5是一種采用ETOXⅡ工藝制成的56引腳的快擦寫(xiě)可用電擦除可編程存儲器，由于首次使用了每單元存儲兩位的技術(shù)，因而每位占用的或非門(mén)資源更少，性能價(jià)格比更高。芯片采用分塊結構分成64塊，每塊128kB，這個(gè)特性允許用戶(hù)對其中任意一塊數據進(jìn)行擦除或編程，每塊擦除時(shí)間僅需1秒。在塊擦除過(guò)程中如果需要中斷擦除操作，可暫停擦除，待處理完其它事后再繼續擦除。28F640J5僅需＋5V供電電壓，工作電流不大于80mA，典型值為 40mA，備用狀態(tài)時(shí)不大于125μA，典型值為80μA，三態(tài)輸出，與TTL電平兼容?？裳h(huán)擦寫(xiě)次數為10萬(wàn)次，一般商業(yè)品工作溫度范圍為－20℃～＋70℃。

2．2　芯片系統結構及引腳信號

芯片采用一種命令用戶(hù)接口CUI（CommandUser Interface）和寫(xiě)狀態(tài)機WSM（WriteState Machine）結構，以此簡(jiǎn)化模塊擦除和編程。命令用戶(hù)接口是微處理器或微控制器與芯片內部操作之間的界面。無(wú)論是模塊擦除還是字節編程，只要向CUI 寫(xiě)入兩個(gè)命令序列，內部的寫(xiě)狀態(tài)機WSM就會(huì )自動(dòng)地定時(shí)執行擦除或編程算法（包括校驗操作），從而減輕了微處理器或微控制器的負擔。另外，為了指示W(wǎng)SM 的狀態(tài)和何時(shí)以及是否成功完成了模塊擦除或字節編程操作，設置了一個(gè)狀態(tài)寄存器SR（State Register）。這樣，狀態(tài)寄存器SR就成了微處理器與寫(xiě)狀態(tài)機之間的接口。芯片引腳A0－A22為地址線(xiàn)，當為字操作時(shí)A0不起作用，A1為最低位地址線(xiàn)。DQ0－DQ7為低字節數據總線(xiàn)，輸入數據在輸入緩沖區進(jìn)行編程和寫(xiě)操作，輸入命令時(shí)在命令用戶(hù)接口(cui)進(jìn)行寫(xiě)操作，當狀態(tài)機忙時(shí)DQ6－DQ0不起作用，而狀態(tài)寄存器的第7位（SR．7）決定狀態(tài)機的狀態(tài)。DQ8－DQ15為高字節位數據總線(xiàn)，在字操作模式中使用到。CE0、CE1、CE2為芯片選通信號，當信號有效時(shí)，就激活了器件的控制邏輯、輸入緩沖器、譯碼器和敏感放大器，當器件沒(méi)有選通時(shí)，片上電壓自動(dòng)降低到待機電壓。RP＃為復位或使電壓回到待機狀態(tài)的信號，當RP＃為低時(shí)，芯片處于待機模式，此時(shí)芯片禁止寫(xiě)操作，當RP＃為高時(shí)可進(jìn)行讀寫(xiě)、擦除等操作，但不要一直將RP＃置高，以免影響器件的使用壽命。OE＃為輸出選通信號，低電平有效，在讀周期中，輸出緩沖器被選通，數據通過(guò)緩沖器輸出。WE＃為寫(xiě)選通信號。STS為狀態(tài)位，它顯示內部狀態(tài)機的狀態(tài)。BYTE＃為8位或16 位操作模式選擇信號，當BYTE＃為低時(shí)，器件工作在8位操作模式,DQ8－DQ15掛起，當BYTE＃為高時(shí)，器件工作在16位操作模式。VPEN是擦除、編程塊鎖定位操作使能信號，當VPEN＜＝ VPENLK時(shí)，存儲器的內容不能改變。

3 單片機與芯片接口的設計

因為單片機80C320的地址線(xiàn)只能有16根，僅能尋址64K外存空間。而28F640的內部芯片地址線(xiàn)有23根，所以在設計時(shí)對FLASH采取分段設計的方法，設有存儲器段寄存器（高位地址寄存器）“WHDZ”。由于單片機的地址空間中既有寄存器，又有存儲器，為了方便起見(jiàn)，將單片機的P1．7口定義為寄存器“IO”或存儲器訪(fǎng)問(wèn)的區分標志“IORAM”。當“IORAM”為1時(shí)，單片機的低八位地址線(xiàn)有效，通過(guò)EPLD尋址FLASH的高八位地址（實(shí)際為7位），當“IORAM”為0時(shí)，單片機80C320尋址存儲器低十六位地址空間。這樣，單片機的64K外存空間連續尋址配合高位地址寄存器 WHDZ使用，存儲器空間的尋址范圍可達16MByte。單片機對存儲器讀寫(xiě)的操作步驟如下：（1）置“IORAM”位，寫(xiě)段地址寄存器“WHDZ”，定義所操作存儲器的高位地址。（2）清“IORAM”位，對選擇的存儲器在段內進(jìn)行讀寫(xiě)。

4　軟件設計

28F640J5的操作命令比較多，共有14條，如表1所示。

表1中的讀陣列、讀標識碼、讀狀態(tài)寄存器、清狀態(tài)寄存器、寫(xiě)緩沖區、塊擦除、字／字節編程、塊擦除掛起、塊擦除繼續是Intel公司28F系列 FLASH的基本命令集，其它命令為28F640的擴展命令集。Intel28F640 FLASH存儲器采用了并行編程技術(shù)：在28F640的命令集中由于添加了寫(xiě)緩沖區的命令以及相應的32字節硬件寫(xiě)緩沖資源（程序流程圖如圖2所示），與傳統的字／字節編程方式相比（程序流程圖如圖3所示），寫(xiě)緩沖區方式一次性可寫(xiě)入32字節，在單片機寫(xiě)入確定寫(xiě)緩沖區數據到FLASH的命令D0H后，再由FLASH以并行編程的方式自動(dòng)寫(xiě)入，中間無(wú)需退出寫(xiě)緩沖區命令。而字／字節編程方式每寫(xiě)入一個(gè)數據后需要重新寫(xiě)字／字節編程指令。寫(xiě)緩沖區指令的建立以及并行編程算法的采用，使得寫(xiě)入FLASH的速度比原來(lái)提高了近20倍。由于寫(xiě)緩沖區一次最多寫(xiě)入32個(gè)字節，所以當器件為字節模式寫(xiě)緩沖區時(shí)，計數N ＝00H－1FH，當器件為字模式寫(xiě)緩沖區時(shí)，計數N＝00H－0FH。為了最大限度地發(fā)揮并行編程的功能，降低器件的功耗，在使用寫(xiě)緩沖區命令時(shí)一般將 A4－A0的地址線(xiàn)置為0，也就是編程起始地址為×0,0000B。

在臺標機系統中，其臺標先是在PC機上用Photoshop、3DMAX等圖像處理軟件做好，然后由PC機傳給臺標機。為了保證傳送速度采用 57600的波特率，這樣，傳送一副128行*128列大小的臺標僅需13秒左右。盡管28F640采用了并行編程技術(shù)，但由于波特率太高，數據并不能及時(shí)處理，所以在系統中采用了256K空間的SRAM作為緩沖區。臺標圖像數據首先在SRAM中存儲，待臺標圖像傳送結束再由臺標機自身將數據由SRAM寫(xiě)進(jìn)FLASH。對于滿(mǎn)屏圖像SRAM并不能完全存儲，同時(shí)FLASH的地址空間對用戶(hù)來(lái)說(shuō)并不是完全連續的，芯片的第一塊的前四個(gè)字節和后面塊的前三個(gè)字節都為芯片自身所占用，所以在傳送滿(mǎn)屏圖像時(shí)采用分塊傳送的方法，每次傳送22行數據，其數據量為720列*22行*4=61.875K,4是指每個(gè)像素點(diǎn)信息由R、BG、B、透明度4個(gè)字節組成。結合前面設置的FLASH的高八位地址寄存器WHDZ，每傳一次改變WHDZ的值。對于滿(mǎn)屏圖像從FLASH 傳送到VRAM（視屏存儲器）顯示滿(mǎn)屏圖像也采用分塊傳送的方式，不過(guò)此時(shí)傳送具體數據的方式不同，單片機并不需要將數據從FLASH一個(gè)個(gè)讀出寫(xiě)往 VRAM，它只需將數據的FLASH起始地址，以及VRAM的開(kāi)始點(diǎn)和終止點(diǎn)坐標給出，數據傳送由硬件采用雙字傳送實(shí)現，從而加快了傳送的速度。

5 結束語(yǔ)

在本臺標機系統中，我們用8M的FLASH存儲器存放了10幅像素點(diǎn)128*128的小臺標,4幅動(dòng)畫(huà)臺標,兩幅滿(mǎn)屏圖像,基本上滿(mǎn)足了中小型電視臺的要求.隨著(zhù)存儲器技術(shù)的快速發(fā)展,各大芯片廠(chǎng)商一定會(huì )推出性能價(jià)格比更同、速度更快，容量更大的FLASH存儲器。

參考文獻
1 何立民，單片機應用系統設計，北京：北京航天航空大學(xué)出版社，1992
2 http://www.intel.com.intel 28f640jd datasheet.1998