C8051F的超大容量Flash存儲器擴展方法介紹

摘要：NAND結構Flash數據存儲器件是超大容量數據存儲的理想選擇，當前被廣泛應用于U盤、MP3和數碼相機的數據存儲。本文對該類型Flash的基本操作進行研究并對實際應用系統給予驗證，揭示了NAND結構Flash的操作規律。

引 言

　　大容量數據存儲是單片機應用系統的瓶頸，受到容量、功耗、尋址方式的約束。突破容量限制，可以很大程度上擴展和提高應用系統的總體功能。Sumsung公司的NAND結構Flash存儲器件是一款性價比很高的超大容量數據存儲器件，在MP3、U盤、數碼相機和PDA中有廣泛的應用，且市場占有份額逐年加大。用該器件作為各種單片機尤其是嵌入式系統的數據存儲器，可以完美地解決容量限制，實現靈活操作，勢必成為數據存儲的主流方向。

1 器件介紹

　　NAND結構Flash是Sumsung公司隆重推出并著力開發的新一代數據存儲器件，電源電壓1.7～3.6V，體積小，功耗低，容量最大可達1GB，按頁進行讀寫，按塊擦除，通過I/O口分時復用作為命令/地址/數據。本次應用開發的是NAND結構16MB的K9F2808UOB，其它大容量的器件只比該型號送出的地址多了幾字節，操作指令和時序相同。具體結構說明如圖1所示。

　　由圖1可知，該器件由1K個塊(block)組成，每個塊有32頁，每頁有528字節，這528字節分成A、B、C三個區。對每一頁的尋址需要通過I/O口送出三個地址，第二、三行地址（A9～A23）指明尋址到某一頁，第一列地址指明尋址到頁的指定區中某一字節。對頁的分區命令如表1所列。

表1 起始指針位置與區域關系對照表

　　由表1可以看出，00H、01H、50H只是選區指針。選定區的內部尋址是由第一個列地址完成的，A0～A7可以最大尋址256字節。

2 應用舉例

　　在開發便攜式心電信號采集監視儀中，K9F2808被用做心電采樣數據存儲器。MCU采用美國Cygnal公司的SoC增強型單片機C8051F020，內部RAM共有4352字節，I/O支持雙向操作等。Flash的命令引腳要接到端口1上去，端口3是命令/地址/數據的復用形式。顯然這里的數據是并行的，因此操作速度很快，達到了讀頁 1.2ns，寫頁200μs。圖2給出了芯片的接口電路圖。由于篇幅所限，圖3只給出寫頁的命令時序，并對相關的指令代碼做簡要說明。

　　在寫頁之前，MCU的RAM中就應該存有采樣來的528字節的數據。寫操作時，先指出寫開始地址。這由選區命令和第一個列地址來共同指定，以后在寫頁時就可以忽略不寫。此處為了最大限度存儲數據，開始地址定為A區的00H。為了指定這個地址，必須在送出命令80H之前送出選區命令00H，同時地址A0～A7置為0。緊跟在80H之后送出三個地址，第一個列地址已經是00H，第二、三頁地址只要指定A9～A23就可以了。隨后連續送出528個數據字節，為了把數據從Flash的數據寄存器寫入對應存儲單元，接下來再寫入命令10H。經過約500μs的物理寫入，就可以進行狀態查詢了。寫入命令字70H后，從Flash的I/O0位就可以讀出操作結果標志。在執行主代碼之前，需要對單片機進行初始化和定義操作子函數。詳細的寫入程序清單請參看本刊網站www.dpj.com.cn。


3 小 結

　　以上操作代碼成功實現了對Sumsung公司NAND結構Flash的頁寫入，其它基本操作只要在寫頁的基礎上進行修改即可。在使用該器件時要注意：①所選單片機最好是高速的，內部RAM要大，端口支持實時雙向輸入輸出；②由于該Flash的操作時序是ns級，所以在調試時要注意指令的安排順序和有選擇地加入空操作指令,以滿足其精確的時序要求；③對于實施信號檢測采樣的各種工業應用，本文的大容量Flash可圓滿實現各種基本操作。