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        大容量NAND FLASH在ARM嵌入式系統中的設計與實現

        作者: 時間:2012-11-01 來源:網絡 收藏

        1 引 言

          隨著嵌人式系統在數碼相機、數字攝像機、移動電話、mp3音樂播放器等移動設備中越來越廣泛的應用,存儲器已經逐步取代其他半導體存儲元件,成為中主要數據和程序載體。存儲器又稱閃存,是一種可在線多次擦除的非易失性存儲器,即掉電后數據不會丟失。存儲器還具有體積小、功耗低、抗振性強等優點,是的首選存儲設備。

        和NOR FLASH是現在市場上兩種主要的非易失閃存芯片,這兩種類型的FLASH區別在于:

          NOR類型FLASH可以按照字節訪問,所以存放在FLASH里的程序可以直接執行,而類型FLASH是串行訪問的,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,型閃存的優點是容量大,但是NAND型的速度比較慢,因為他的I/O端口只有8(或16)個,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 芯片介紹

          公司自1990年正式成立以來,在32位RISC(Reduced InSTruction Set Computer)CPU開發領域不斷取得突破,目前已經占有75%以上的32位RISC嵌入式產品市場。在低功耗、低成本的嵌人式應用領域確立了市場領導地位。

          PHILIPS公司的LPC2210是基于一個支持實時仿真和跟蹤的32位7TDMI-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鐘頻率下運行。LPC2210極低的功耗、多個32位定時器、8路10位ADC以及9個外部中斷使其特別適用于工業控制、醫療系統、訪問控制和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關、協議轉換器、嵌入式軟MODEM以及其他各種類型的
        應用。

        2.2 K9F2808U0C芯片的結構和特點

        K9F2808U0C是SAMSung公司生產的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。片內寫控制自動實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的概念來組織的,一個芯片分為1 024個塊,每個塊有32頁,每一頁有528 B。528 B中分為512 B的數據區和16個字節的空閑區,空閑區用于存放ECC代碼、壞塊信息和文件系統相關代碼。一個528 B的數據寄存器作為數據緩沖單元,用來實現I/0緩沖和存儲器之間的數據傳輸。

          使用NAND型FLASH的關鍵技術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效塊(包含一個或多個壞位的存儲塊),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。芯片在出廠時,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,但不推薦進行寫和擦除操作,以免由于結構方面的原因使鄰近的塊也失效。系統設計時必須根據初始的壞塊信息識別出壞塊,并建立壞塊列表。進行寫或擦除操作時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。為了提高存儲空間的效率,單個位數據錯誤引起的讀寫失敗都可以用ECC(校錯和糾錯)方法處理。

          芯片在使用過程中,可能有新壞塊的產生,為了系統的可靠性,必須對此情況加以考慮。在數據寫入或塊擦除操作后,如果讀狀態寄存器出現錯誤,則表示塊內有壞頁存在,也即表明此塊已壞,因為塊內壞頁的存在并不影響其他頁的讀寫,這時可采用塊替換操作來把頁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。

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