閃速存儲器芯片K9F6408系列的典型應用

摘要：K9F6408系列是8M8bit的NAND型閃速存儲器。它以其快速讀寫(xiě)循環(huán)，數據硬件保護，可擦除，I/O口命令/地址/數據線(xiàn)復用和接口便利等特點(diǎn)，正成為大型數據如語(yǔ)音、數字圖像、文件等系統數據的載體。本文給出了K9F640800A與單片機P87C52的硬件連接電路及閃速存儲器操作的軟件應用程序。

關(guān)鍵詞：flash 存儲器；扇區；操作；應用程序

1、概述

存儲器是計算機外圍產(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(xiě)，非易失性，可擦寫(xiě)性和操作簡(jiǎn)便而成為一系列程序代碼（應用軟件）和數據（用戶(hù)文件）存儲的理想媒體，從而受到到嵌入式系統開(kāi)發(fā)者的歡迎。

Flash存儲器的應用范圍極廣，從現代計算機優(yōu)盤(pán)到嵌入式系統中取代 的地位，可謂占盡風(fēng)流。正因為Flash的應用廣泛，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(shuō)來(lái)Flash操作包括：檢錯（對Flash內部壞扇區的檢測）、寫(xiě)操作（寫(xiě)入數據）、讀操作（從Flash中讀出數據）、空間管理和擦除操作。在系統中我們選用AT87C52單片機，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約I/O口，即它的地址線(xiàn)和數據線(xiàn)可復用。而其他許多閃存的地址線(xiàn)和數據線(xiàn)是分開(kāi)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(yè)組成，一頁(yè)共有（512＋16）8bit。使用64Mbits,另外還有2Mbits的閑置儲存空間。
寫(xiě)和讀以頁(yè)為單位，而擦除以塊為單位。讀、寫(xiě)和擦除操作均通過(guò)命令完成，非常方便。（參見(jiàn)圖3）
此芯片可擦寫(xiě)1百萬(wàn)次，掉電數據不丟失，數據可保存十年。
有8位串行口，且可復用，既可作為地址和數據的輸入/輸出引腳，又可作命令的輸入引腳，根據時(shí)序采用分時(shí)循環(huán)。（見(jiàn)時(shí)序圖5）
寫(xiě)入每頁(yè)的時(shí)間為200us，平均每寫(xiě)一個(gè)字節約400ns，即約20Mb/s。
該flash的每一個(gè)扇區又分為三個(gè)區（256字節，256字節和16字節），如果需要對這三個(gè)區獨立操作，則通過(guò)00h,01h和50h命令分別選中。（參見(jiàn)圖3）
快速的讀寫(xiě)循環(huán)和數據硬件保護。

引腳分布、功能及操作命令如圖1所示：

3、P87C52與K9F6408U0A的應用電路

我們設計了一個(gè)系統，所需實(shí)現的功能是，由P87C52單片機將接收到的GPS芯片發(fā)送的數據，按一定的格式處理后，存儲到Flash芯片上。當上位機發(fā)出讀命令時(shí)，P87C52再從flash中取出數據，發(fā)給上位機。在此，我們給出了K9F6408U0A的flash芯片與P87C52單片機連接圖（圖2)。

4、K9F6408U0A的軟件編程

K9F6408U0A的軟件編程是采用C語(yǔ)言中嵌入匯編來(lái)完成。主要包括：flash扇區檢錯，讀，寫(xiě)，擦除和管理flash空間。

1）檢錯：剛出廠(chǎng)的Flash中可能存在壞扇區，用久的Flash好扇區也可能變壞。為了保證讀寫(xiě)數據的可靠性，必須對Flash扇區進(jìn)行檢測。Flash扇區的好壞標志存在于第3區中的第6 Column, 若扇區已壞，則標志位數據不是FFH。設置一錯誤扇區的表，掃描檢錯flash，將壞扇區的號依次填入表中，將此表保存于flash存儲器中的第一個(gè)塊中（因為SAMSUNG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，命令0X00,0X01和0X50可分別讀取第一，二，三區中的數據。

過(guò)程為：選中Flash,通過(guò)I/O口寫(xiě)入讀命令字，寫(xiě)入所讀數據地址，置讀信號有效（下跳沿有效）。
（讀寫(xiě)）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(xiě)讀的命令
WriteAddress(0x00,0); file://寫(xiě)讀的地址
for(d=0;d!=2;d++) file://一次讀兩頁(yè)
{
uint k=528; file://每個(gè)扇區有528個(gè)字節
while(!Flash_RB)//當讀信號無(wú)效時(shí)，等待
{
}
while(k) file://當k不為0時(shí)，就繼讀；否則就停止讀
{
Flash_RD=0; file://準備好讀入
#pragma asm file://嵌入匯編，插入2個(gè)機器周期
NOP
NOP
#pragma endasm//結束匯編

ACC=P0; file://把P0口讀出的值存入ACC寄存器
#pragma asm//嵌入匯編，插入2個(gè)機器周期
NOP
NOP
#pragma endasm//結束匯編
Flash_RD=1; file://不再讀入
SendData(); file://串口發(fā)送數據
k--;
}
}
Flash_CE=1; file://不再片選
}

3）寫(xiě)flash：和讀操作不一樣的是，寫(xiě)操作有兩個(gè)命令字：0X80和0X10，寫(xiě)入0X80后，表示將向寄存器中寫(xiě)入數據，如果再鍵入0X10則Flash中的控制器將寄存器的數據存儲到數據存儲器中。寫(xiě)操作時(shí)，將欲寫(xiě)入數據的地址與錯誤扇區表相對照，看是否在表中。如果在表中，則將頁(yè)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(xiě)的地址都是有效地址。具體過(guò)程：選中Flash,通過(guò)I/O口寫(xiě)入寫(xiě)命令字，寫(xiě)入所要編程數據地址，置寫(xiě)信號有效。（寫(xiě)時(shí)序見(jiàn)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(wú)效塊的總數
{
while(a!=*InvalidBlockAddress++)//當未遍歷到最后一個(gè)無(wú)效塊時(shí),就繼續核對

{
i++;
}
}
if(i!=invalidblockbound+2)
return 1;//無(wú)效的塊
else
return 0;//有效的塊
}

void Write(void)//寫(xiě)操作
{
unsigned char h;
if(first)//當開(kāi)始對一頁(yè)進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，first=1,否則為0
{
Flash_CE=0; file://片選
WriteCommand(0x80); file://寫(xiě)命令0x80
*uchar AssertBlock(startpage/16) file://與記錄壞塊的表相對照
WriteAddress(0x00,startpage); file://寫(xiě)地址
first=0;
}
for(h=0;h!=16;h++)
WriteData(output[h]); file://寫(xiě)入寄存器處理好的GPS數據
if(FlagWrite)//當寄存器中數據滿(mǎn)528字節（1頁(yè)）時(shí)，FlagWrite＝1，否則為0
{
WriteCommand(0x10);//將數據寫(xiě)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://準備好讀入
#pragma asm//嵌入匯編，插入兩個(gè)機器周期
nop
nop
#pragma endasm//結束匯編
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(wú)效塊空間的首地址
startpage=startpage+16; file://讀下一個(gè)塊的第一個(gè)扇區看是否是有效的扇區
}
Flash_CE=1; file://結束片選
startpage++; file://寫(xiě)下一頁(yè)
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(huì )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);//塊擦除預命令
WriteAddresspage(16*blockcount);
WriteCommand(0xD0);//塊擦除確認命令
while(Flash_RB!=1)
{
}
WriteCommand(0x70);//讀擦除狀態(tài)命令
Delay10us();
Flash_RD=0;
#pragma asm//嵌入匯編，插入3個(gè)機器周期
nop
nop
nop
#pragma endasm//結束匯編
ACC=P0;
#pragma asm//嵌入匯編，插入1個(gè)機器周期
nop
#pragma endasm//結束匯編
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(wú)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(kāi)始flash整理程序；（2）掃描整個(gè)物理空間，取得已使用的扇區數N；（3）從第i個(gè)已使用的扇區讀起，初始化i=1；（4）看扇區的地址是否連續；（5）如果連續就讀下一個(gè)扇區，如果讀到最后一個(gè)已使用的扇區就結束；（6）如果不是最后一個(gè)已使用的扇區，就跳到步驟（3）；（7）如果物理扇區不連續，則取得此扇區所在塊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(xiě)扇區移至j中，擦除塊k；（10）擦除有效嗎（11）若無(wú)效則將此塊記為無(wú)效塊，并進(jìn)行（12）步；（12）若有效則判斷讀到最后一個(gè)扇區了嗎？（13）若沒(méi)有跳至步驟（3）；（14）若是最后一個(gè)已寫(xiě)扇區，則結束整理程序。