大容量NAND FLASH在A(yíng)RM嵌入式系統中的設計與實(shí)現

1 引 言

　　隨著(zhù)嵌人式系統在數碼相機、數字攝像機、移動(dòng)電話(huà)、mp3音樂(lè )播放器等移動(dòng)設備中越來(lái)越廣泛的應用，FLASH存儲器已經(jīng)逐步取代其他半導體存儲元件，成為嵌入式系統中主要數據和程序載體。FLASH存儲器又稱(chēng)閃存，是一種可在線(xiàn)多次擦除的非易失性存儲器，即掉電后數據不會(huì )丟失。FLASH存儲器還具有體積小、功耗低、抗振性強等優(yōu)點(diǎn)，是嵌入式系統的首選存儲設備。

NAND和NOR FLASH是現在市場(chǎng)上兩種主要的非易失閃存芯片，這兩種類(lèi)型的FLASH區別在于：

　　NOR類(lèi)型FLASH可以按照字節訪(fǎng)問(wèn)，所以存放在FLASH里的程序可以直接執行，而NAND類(lèi)型FLASH是串行訪(fǎng)問(wèn)的，需要先把程序讀取到內存然后再從內存中運行。與NOR型相比，NAND型閃存的優(yōu)點(diǎn)是容量大，但是NAND型的速度比較慢，因為他的I/O端口只有8(或16)個(gè)，要完成地址和數據的傳輸就必需讓這些信號輪流傳送。NAND型FLASH具有極高的單元密度，容量可以比較大，價(jià)格相對便宜。本文采用Samsung公司的NAND型FLASH存儲設備K9F2808U0C。

2 系統硬件結構及接口電路

2.1 ARM芯片介紹

　　ARM公司自1990年正式成立以來(lái)，在32位RISC(Reduced InSTruction Set Computer)CPU開(kāi)發(fā)領(lǐng)域不斷取得突破，目前已經(jīng)占有75％以上的32位RISC嵌入式產(chǎn)品市場(chǎng)。在低功耗、低成本的嵌人式應用領(lǐng)域確立了市場(chǎng)領(lǐng)導地位。

　　PHILIPS公司的LPC2210是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的32位ARM7TDMI-STMCPU的微控制器，片內128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘頻率下運行。LPC2210極低的功耗、多個(gè)32位定時(shí)器、8路10位ADC以及9個(gè)外部中斷使其特別適用于工業(yè)控制、醫療系統、訪(fǎng)問(wèn)控制和POS機。由于內置了寬范圍的串行通信接口，他們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉換器、嵌入式軟MODEM以及其他各種類(lèi)型的
應用。

2.2 K9F2808U0C芯片的結構和特點(diǎn)

K9F2808U0C是SAMSung公司生產(chǎn)的NAND型FLASH存儲器，其功能框圖如圖1所示。

　　K9F2808U0C存儲容量為132 Mb，其中主數據區為128 Mb，輔助數據區為4 Mb，工作電壓為2.7～3.6 V,I/O端口寬度為8 b。片內寫(xiě)控制自動(dòng)實(shí)現編程和擦除所有功能，包括內部校驗、脈沖的周期和數據冗余。

　　芯片的存儲空間是按照塊和頁(yè)的概念來(lái)組織的，一個(gè)芯片分為1 024個(gè)塊，每個(gè)塊有32頁(yè)，每一頁(yè)有528 B。528 B中分為512 B的數據區和16個(gè)字節的空閑區，空閑區用于存放ECC代碼、壞塊信息和文件系統相關(guān)代碼。一個(gè)528 B的數據寄存器作為數據緩沖單元，用來(lái)實(shí)現I/0緩沖和存儲器之間的數據傳輸。

　　使用NAND型FLASH的關(guān)鍵技術(shù)之一是存儲空間的管理。SAMSUNG公司的NAND FLASH存儲器有一些初始無(wú)效塊(包含一個(gè)或多個(gè)壞位的存儲塊)，制造商不保證這些塊的可靠性。NAND FLASH容許成品中有壞塊存在，這是采用NAND技術(shù)所特有的現象。壞塊的存在并不影響有效塊的性能。但是，系統級的設計必須能夠用地址映射把這些壞塊屏蔽掉。芯片在出廠(chǎng)時(shí)，除保存壞塊信息的區域外，其他部分一律被擦除(值為0xFF)，對壞塊的讀操作是允許的，但不推薦進(jìn)行寫(xiě)和擦除操作，以免由于結構方面的原因使鄰近的塊也失效。系統設計時(shí)必須根據初始的壞塊信息識別出壞塊，并建立壞塊列表。進(jìn)行寫(xiě)或擦除操作時(shí)將欲操作塊的地址與壞塊地址表的地址相比較，若是壞塊則應跳過(guò)。為了提高存儲空間的效率，單個(gè)位數據錯誤引起的讀寫(xiě)失敗都可以用ECC(校錯和糾錯)方法處理。

　　芯片在使用過(guò)程中，可能有新壞塊的產(chǎn)生，為了系統的可靠性，必須對此情況加以考慮。在數據寫(xiě)入或塊擦除操作后，如果讀狀態(tài)寄存器出現錯誤，則表示塊內有壞頁(yè)存在，也即表明此塊已壞，因為塊內壞頁(yè)的存在并不影響其他頁(yè)的讀寫(xiě)，這時(shí)可采用塊替換操作來(lái)把頁(yè)內有用數據轉移到其他空閑塊內，并把壞塊信息存入壞塊表中。