大容量閃爍存儲器AT45D081及其在稅控加油機中的應用

關鍵詞：AT45D081；稅控加油機；可靠性

在電子產品的設計中,經常存在斷電后數據或機器參數的保存問題。早期一般由電池為ＲＡＭ供電，但由于環境及電池本身的原因，這種方式常使數據丟失。目前，小容量數據存儲多采用９３系列ＥＥＰＲＯＭ(如９３Ｃ４６)或２４系列ＥＥＰＲＯＭ(如２４Ｃ４５)。但如果要求存儲的數據量很大?這些芯片的存儲能力就不能勝任。為此，本文介紹一種大容量的閃爍存儲器芯片ＡＴ４５Ｄ０８１，并給出其在稅控加油機中的應用。

１ ＡＴ４５Ｄ０８１簡介

１．１ ＡＴ４５Ｄ０８１的特點

ＡＴ４５Ｄ０８１Ａ是ＡＴＭＥＬ公司生產的閃爍存儲器。它采用串行方式傳送數據, 符合ＩＳＯ７８１６標準，時鐘頻率可高達１５ＭＨｚ, 并采用單５Ｖ電源供電。同時具有功耗低、體積小、容量大、傳送快速, 與ＣＭＯＳ和ＴＴＬ電平兼容以及掉電后數據不丟失等特點。 由于讀寫時序與ＳＰＩ模式０與模式３兼容, 因此，其硬件設計與軟件編程都很容易。

１．２ 內部結構與引腳說明

ＡＴ４５Ｄ０８１內部由主存儲器陣列、兩個ＳＲＡＭ數據緩沖區ＢＵＦＦＥＲ１、ＢＵＦＦＥＲ２以及Ｉ／０接口組成。其中主存儲器陣列容量為８Ｍ Ｂｉｔｓ,由４０９６頁組成，每頁２６４字節，為編程方便又把連續的８頁定義為一塊。每個ＳＲＡＭ數據緩沖區大小為２６４字節。 這兩個緩沖區可在主存儲器陣列訪問某一緩沖區或某緩沖區訪問主存儲器陣列時,另外一個緩沖區能同時與外部交換數據。主存儲器與緩沖區的相互訪問是在芯片內部自動完成的,且不需要外部的干涉，這樣就大大提高了外部訪問的效率。但外部可以通過讀取芯片提供的只讀狀態存儲器的內容知道芯片容量及工作狀態信息(可用就緒／忙標志指示緩沖區是否與指定的主存儲器陣列頁內容一致)。

ＡＴ４５Ｄ０８１的主要引腳功能見表１所列。當ＡＴ４５Ｄ０８１的ＣＳ由高變低時,芯片啟動一次操作,而當ＣＳ由低變高時,終止操作。這時ＳＩ上的任何數據都被忽略,ＳＯ處于高阻態。 當ＷＰ為低時,主存儲器的前２５６頁不能被訪問。如果要訪問前２５６頁,則必須使ＷＰ為高。ＷＰ已被芯片內部拉高,如果要對前２５６頁編程,那么，ＷＰ應在外部置高電平。

１．３ 操作指令及讀寫時序

外部訪問主存儲器陣列和緩沖區及狀態寄存器是通過輸入命令來實現的。ＡＴ４５Ｄ０８１共提供了２６條命令?這些命令按功能可分為讀主存儲器陣列頁、主存儲器陣列頁內容傳送到緩沖區、緩沖區內容傳送到主存儲陣列頁、頁擦除、塊擦除、外部通過緩沖區對主存儲器頁寫入、自動頁重寫?緩沖區讀寫?狀態寄存器讀等。所有的命令都遵循下面的格式?首先是８位命令碼?然后是２４位地址碼?有的命令后面還要輸入無關碼。輸入時高位在前?低位在后。輸入模式與ＳＰＩ模式０與模式３兼容。表２所列是連續讀主存儲陣列、讀狀態寄存器和寫緩沖區命令格式。表中：ｒ代表該位為保留位,ｐ表示該位為頁地址位,ｂ表示該位為頁內字節地址位,ｘ表示該位可以為０也可以為１,Ｎ／Ａ表示輸入數據流中沒有這些位，由表２可知:２４位地址可分為５位保留位, ７位塊地址,１０位頁地址和９位頁內字節地址。對于主寄存器陣列，頁內字節的訪問,如連續讀主寄存器陣列,必須指定頁及頁內地址作為訪問的首地址。同時還需注意,該命令２４位地址后還有３２位無關位輸入。而對于緩沖區的訪問?因緩沖區的大小為２６４字節,因此指定９位地址就可以了。此外，在塊的擦除方面，由于是整塊操作,所以，只需指定７位塊地址而無需指定其它地址。

圖２所示是連續讀主寄存器陣列的時序。從時序圖可看出,當ＣＳ為高電平時，ＳＩ輸入的位流無效,此時，ＳＯ處于高阻態。當ＣＳ由高到低時，片選有效,此時將啟動操作命令，在時鐘ＳＣＫ的上升沿把ＳＩ上已備好的數據串行送入芯片(高位在前)。對于連續讀主存儲器陣列命令，其輸入命令格式位流為：

０１１０１０００ ｒｒｒｒｒｐｐｐ ｐｐｐｐｐｐｐｂ ｂｂｂｂｂｂｂｂ ｘｘｘｘｘｘｘｘ ｘｘｘｘｘｘｘｘ ｘｘｘｘｘｘｘｘ ｘｘｘｘｘｘｘｘ ,共６４位。當第６５個時鐘到來時?ＳＯ由高阻態變為有效狀態而輸出數據，數據輸出也是高位在前。

圖2

２ ＡＴ４５Ｄ０８１在稅控加油機中的應用

２．１ 稅控加油機對存儲器的要求

稅控加油機是對車輛、油罐等設備進行加油并進行稅務管理的加油機器。為對加油過程進行有效監督管理,稅控加油機必須達到國家要求的加油精度,并應顯示每次加油的油價、加油量及加油金額，同時稅控加油機也必須能夠存儲７年之內每天的加油記錄,并提供查詢接口。

為了滿足稅控加油機對數據存儲的要求,存儲器必須提供足夠大的存儲空間,且在掉電時不能丟失數據。同時應有較強的防數據誤寫功能以保證存儲在存儲器中稅務數據的安全。基于多方面考慮?設計中選用了ＡＴ４５Ｄ０８１。

２．２ 稅控加油機的功能結構

稅控加油機主要由稅控ＣＰＵ、主控ＣＰＵ以及其它一些外圍設備組成。稅控ＣＰＵ和主控ＣＰＵ之間是通過模擬的ＳＰＩ總線來通信的。主控ＣＰＵ通過ＳＫＨ向稅控ＣＰＵ請求通信,稅控ＣＰＵ通過ＳＫＬ作應答。通信數據先由一方放到雙端口移位緩存中,然后通知對方到緩存中取數據。加油的工作過程如下,主控ＣＰＵ檢測到提油槍信號后將向稅控ＣＰＵ發出加油請求。如果稅控ＣＰＵ允許加油,則一方面使能電機控制輸入端Ａ,同時通知主控ＣＰＵ,主控ＣＰＵ接到通知后，立即使能電機控制端Ｂ,同時計算加油數據并通過ＳＰＩ協議總線傳送到稅控ＣＰＵ,再由稅控ＣＰＵ驅動顯示。當主ＣＰＵ檢測到油槍掛起后,它一方面送出關電機信號,另一方面通知稅控ＣＰＵ也送出關機信號。當然，主控ＣＰＵ也可以通過鍵盤向稅控ＣＰＵ查詢時間及其它信息。

２．３ 提高可靠性的設計措施

加油的數據由稅控ＣＰＵ保存在ＡＴ４５Ｄ０８１中。為提高芯片的抗干擾能力，防止程序對芯片的誤寫，有效保護片內數據。硬件設計中采取了一些保護措施。其原理如下：

設ＣＳ為Ｑ０，ＲＤＹ為Ｑ１，ＣＰＵ的復位信號ＲＥ-ＳＥＴ為Ｃ。ＡＴ４５Ｄ０８１的復位信號ＲＥＳＥＴ１為Ｙ, 則Ｙ＝(Ｑ１Ｑ２)Ｃ。因此，當ＣＰＵ剛上電復位或由于主控ＣＰＵ運行出錯(如程序跑飛)而使“看門狗”芯片ＭＡＸ８１３輸出復位信號ＲＥＳＥＴ產生熱復位時,系統迫使ＡＴ４５Ｄ０８１復位,同時禁止對該片的任何讀寫操作。當ＣＰＵ處于正常工作時,只有該片的片選信號有效,同時芯片處于就緒狀態時,才允許對其進行訪問,否則迫使芯片處于復位狀態并禁止訪問，這樣就防止了外界對其進行誤寫,從而有效地保護了片內數據。

圖3

２．４ ＡＴ４５Ｄ０８１的讀寫軟件編程

ＡＴ４５Ｄ０８１有關引腳接線如圖３所示,下面給出針對寫緩沖區和連續讀主存儲器陣列命令的５１匯編語言軟件編程。

;向緩沖區１寫入數據

ｗｒｉｔｅｂｕｆ:

ｃｌｒ ＣＳ

ｍｏｖ ａ,＃８４ｈ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送命令碼

ｃｌｒ ａ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送８位任意碼

ｍｏｖ ａ,ｈｉ_ａｄｄｒ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送高字節地址

ｍｏｖ ａ,ｌｏ_ａｄｄｒ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送低字節地址

ｗｒｉｔｅｂｕｆ０:

ｍｏｖ ａ,＠ｒ０

;連續讀主存儲器陣列內容

Ｒｅａｄｍａｉｎ:

ｃｌｒ ＣＳ

ｍｏｖ ａ,＃６８ｈ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送命令碼

ｃｌｒ ｃ

ｍｏｖ ａ,ｌｏｐａｇｅａｄｄ

ｒｌｃ ａ

ｍｏｖ ａ,ｈｉ_ｐａｇｅ_ａｄｄｒａｄｄ;

;合成２４位地址的９～１８位

ｒｌｃ ａ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ;送前８位

ｍｏｖ ａ,ｈｉ_ａｄｄｒ

ｒｒｃ ａ

ｍｏｖ ａ,ｌｏｐａｇｅａｄｄ

ｒｌｃ ａ ;合成２４位地址０～８位

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送第２個８位

ｍｏｖ ａ,ｌｏ_ａｄｄｒ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送０～７位

ｃｌｒ ａ

ｍｏｖ ｒ３,＃０４Ｈ

ｒｅａｄｍａｉｎ０:

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ

ｄｊｎｚ ｒ３,ｒｅａｄｍａｉｎ０ ;送３２位無關位

ｒｅａｄｍａｉｎ１:

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｉｎ

ｍｏｖ ＠ｒ０,ａ

ｉｎｃ ｒ０ ;

;連續從指定的頁及頁內地址讀出Ｒ２個數據

ｄｊｎｚ ｒ２,ｒｅａｄｍａｉｎ１ ; 送命令碼

ｓｅｔｂ ＣＳ

ｒｅｔ

ＲｅａｄＳｔａｔｅ: ;讀狀態寄存器內容

ｃｌｒ ｆｍｃｓ

ＭＯＶ ａ,＃５７ｈ;

ｌｃａｌｌ ｏｕｔｃｏｍｍｏｎ

ｌＣＡＬＬ ｉｎｃｏｍｍｏｎ

ｓｅｔｂ ｆｍｃｓ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ; 連續從Ｒ０指定的地址寫入Ｒ２個數據到ＢＵＦＦＥＲ１

ｉｎｃ ｒ０

ｄｊｎｚ ｒ２,ｗｒｉｔｅｂｕｆ０

ｓｅｔｂ ＣＳ

ｒｅｔ

３　結束語

本文設計的稅控加油機已通過國家稅控認證及電磁兼容試驗認證。產品投產５年來，運行一直穩定可靠，各項指標均達到國家要求標準。尚未發現存儲在ＡＴ４５Ｄ０８１中的數據出現丟失和異常現象。