基于NAND Flash的大容量立體封裝芯片在嵌入式系統中的應用

　　摘要: NAND Flash應用的困難在于管理和需要特殊的系統接口。本文介紹了一種利用MCU存儲器管理接口結合I/O口來(lái)實(shí)現NAND Flash存儲結構的搭建和管理的方法，并介紹底層的驅動(dòng)程序。

　　元件介紹

　　基于sparc 架構的MCU

　　S698-MIL 是珠海歐比特控制工程股份有限公司為了滿(mǎn)足嵌入式應用而開(kāi)發(fā)的32 位RISC 高性能嵌入式微處理器，它遵循SPARC V8 構架。

　　S698-MIL 內部配置了32 位整數處理單元(IU)，32/64 位浮點(diǎn)處理單元(FPU)。

　　S698-MIL 的應用軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境具有很強的靈活性，除了可以使用歐比特公司提供的專(zhuān)用多任務(wù)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統ORION 外，開(kāi)發(fā)者還可以選擇如RTEMS、VxWorks等現今流行的嵌入式操作系統進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

　　S698-MIL 可應用于包括稅控收款機、銀行POS 機、電力系統等高端工業(yè)控制領(lǐng)域和消費電子領(lǐng)域以及高性能高可靠的航空、航天及武器領(lǐng)域。

　　NAND Flash結構的存儲芯片

　　目前的Flash memory 主要包括以下兩大類(lèi)：針對程序和數據存儲的NOR flash ;針對大容量存儲的NAND flash 。其中，NOR 的特點(diǎn)為芯片內執行(XIP，eXecute In Place)，這樣應用程序可以直接在flash 閃存內運行，不必再把代碼讀到系統RAM 中，隨機讀取快、功耗低、穩定性高;而NAND 的特點(diǎn)為容量大、寫(xiě)速度快、芯片面積小。

　　VDNF64G08是一個(gè)快速、高存儲密度的隨機訪(fǎng)問(wèn)存儲器。它由8個(gè)8G位的NAND Flash芯片堆疊而成，結構見(jiàn)圖2。整個(gè)模塊采用堆疊技術(shù)，它們之間的互相連接線(xiàn)非常短，寄生電容小。這種芯片非常適用于高速、高性能、高容量的嵌入式系統中。

　　VDNF64G08對一個(gè)2048(+64)字節的頁(yè)進(jìn)行典型的編程操作只要200μs的時(shí)間，對一個(gè)128K(+4K)大小的塊進(jìn)行擦除需要1.5ms的時(shí)間，對頁(yè)中一個(gè)字節的讀周期為25ns。它的I/O管腳既作地址和數據的輸入輸出口，也作為命令的輸入口。VDNF64G08的片上寫(xiě)控制器能自動(dòng)完成所有的編程、擦除功能包括產(chǎn)生所需的脈沖重復和內部數據校驗。VDNF64G08能擦除和編程百萬(wàn)次以上，并通過(guò)ECC 或實(shí)時(shí)制定算法保證擦除和編程的可靠性。

　　硬件設計

　　由于S698沒(méi)有專(zhuān)用的NAND Flash的專(zhuān)用接口，所有NANDFlash與S698-mil的通信使用GPIO實(shí)現，NAND Flash的IO口與S698-mil的GPIO0低8位GPIO0[7 :0]連接，用于數據，地址，命令的傳輸。NAND Flash的片選信號使用S698-mil的低3位地址線(xiàn)ADD[2 :0]，通過(guò)3-8譯碼實(shí)現，其中3-8譯碼器使用S698-mil的IOCS0控制工作，防止對VDNF64G08的誤操作。VDNF64G08的讀寫(xiě)信號直接與S698-mil的讀寫(xiě)信號相連，如果線(xiàn)路較長(cháng)可以考慮串聯(lián)一個(gè)49.9R的電阻。命令鎖存CLE，地址鎖存ALE分別使用S698-mil的地址線(xiàn)ADD[3]，ADD[4]。狀態(tài)信號RB上拉10kΩ電阻到電源，不再與S698-mil相連，VDNF64G08的狀態(tài)信息通過(guò)IO口讀寄存器實(shí)現，以節約S698-mil的端口資源。寫(xiě)保護端口上拉10kΩ到電源，否則不可擦除及編程。相關(guān)連接見(jiàn)圖2。