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口來實現NAND Flash存儲結構的搭建和管理的方法，并介紹底層的驅動程序。

　　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足嵌入式應用而開發的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 位浮點處理單元(FPU)。

　　S698-MIL 的應用軟件開發環境具有很強的靈活性，除了可以使用歐比特公司提供的專用多任務嵌入式實時操作系統ORION 外，開發者還可以選擇如RTEMS、VxWorks等現今流行的嵌入式操作系統進行開發。

　　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控制領域和消費電子領域以及高性能高可靠的航空、航天及武器領域。

　　NAND Flash結構的存儲芯片

　　目前的Flash memory 主要包括以下兩大類：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 的特點為容量大、寫速度快、芯片面積小。

　　VDNF64G08是一個快速、高存儲密度的隨機訪問存儲器。它由8個8G位的NAND Flash芯片堆疊而成，結構見圖2。整個模塊采用堆疊技術，它們之間的互相連接線非常短，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2048(+64)字節的頁進行典型的編程操作只要200μs的時間，對一個128K(+4K)大小的塊進行擦除需要1.5ms的時間，對頁中一個字節的讀周期為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的片上寫控制器能自動完成所有的編程、擦除功能包括產生所需的脈沖重復和內部數據校驗。VDNF64G08能擦除和編程百萬次以上，并通過ECC 或實時制定算法保證擦除和編程的可靠性。

　　硬件設計

　　由于S698沒有專用的NAND Flash的專用接口，所有NANDFlash與S698-mil的通信使用GPIO實現，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ADD[2 :0]，通過3-8譯碼實現，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的讀寫信號直接與S698-mil的讀寫信號相連，如果線路較長可以考慮串聯一個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ADD[3]，ADD[4]。狀態信號RB上拉10kΩ電阻到電源，不再與S698-mil相連，VDNF64G08的狀態信息通過IO口讀寄存器實現，以節約S698-mil的端口資源。寫保護端口上拉10kΩ到電源，否則不可擦除及編程。相關連接見圖2。