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C8051F的超大容量Flash存儲器擴(kuò)展
摘要：NAND結(jié)構(gòu)Flash數(shù)據(jù)存儲器件是超大容量數(shù)據(jù)存儲的理想選擇，當(dāng)前被廣泛應(yīng)用于U盤、MP3和數(shù)碼相機(jī)的數(shù)據(jù)存儲。本文對該類型Flash的基本操作進(jìn)行研究并對實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)給予驗(yàn)證，揭示了NAND結(jié)構(gòu)Flash的操作規(guī)律。關(guān)鍵詞：NAND Flash 數(shù)據(jù)存儲 C8051F
引 言
大容量數(shù)據(jù)存儲是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)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(kuò)展和提高應(yīng)用系統(tǒng)的總體功能。Sumsung公司的NAND結(jié)構(gòu)Flash存儲器件是一款性價比很高的超大容量數(shù)據(jù)存儲器件，在MP3、U盤、數(shù)碼相機(jī)和PDA中有廣泛的應(yīng)用，且市場占有份額逐年加大。用該器件作為各種單片機(jī)尤其是嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲器，可以完美地解決容量限制，實(shí)現(xiàn)靈活操作，勢必成為數(shù)據(jù)存儲的主流方向。
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1 器件介紹
NAND結(jié)構(gòu)Flash是Sumsung公司隆重推出并著力開發(fā)的新一代數(shù)據(jù)存儲器件，電源電壓1.7～3.6V，體積小，功耗低，容量最大可達(dá)1GB，按頁進(jìn)行讀寫，按塊擦除，通過I/O口分時復(fù)用作為命令/地址/數(shù)據(jù)。本次應(yīng)用開發(fā)的是NAND結(jié)構(gòu)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(jié)，操作指令和時序相同。具體結(jié)構(gòu)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(jié)，這528字節(jié)分成A、B、C三個區(qū)。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(qū)中某一字節(jié)。對頁的分區(qū)命令如表1所列。
表1 起始指針位置與區(qū)域關(guān)系對照表
命 令 指針位置/字節(jié) 區(qū) 域 00H 0～255 陣列第一伴（A） 01H 256～511 陣列第二半（B） 50H 512～527 剩余陣列（C）由表1可以看出，00H、01H、50H只是選區(qū)指針。選定區(qū)的內(nèi)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(jié)。
2 應(yīng)用舉例
在開發(fā)便攜式心電信號采集監(jiān)視儀中，K9F2808被用做心電采樣數(shù)據(jù)存儲器。MCU采用美國Cygnal公司的SoC增強(qiáng)型單片機(jī)C8051F020，內(nèi)部RAM共有4352字節(jié)，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(shù)據(jù)的復(fù)用形式。顯然這里的數(shù)據(jù)是并行的，因此操作速度很快，達(dá)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(guān)的指令代碼做簡要說明。
在寫頁之前，MCU的RAM中就應(yīng)該存有采樣來的528字節(jié)的數(shù)據(jù)。寫操作時，先指出寫開始地址。這由選區(qū)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(shù)據(jù)，開始地址定為A區(qū)的00H。為了指定這個地址，必須在送出命令80H之前送出選區(qū)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(jīng)是00H，第二、三頁地址只要指定A9～A23就可以了。隨后連續(xù)送出528個數(shù)據(jù)字節(jié)，為了把數(shù)據(jù)從Flash的數(shù)據(jù)寄存器寫入對應(yīng)存儲單元，接下來再寫入命令10H。經(jīng)過約500μs的物理寫入，就可以進(jìn)行狀態(tài)查詢了。寫入命令字70H后，從Flash的I/O0位就可以讀出操作結(jié)果標(biāo)志。在執(zhí)行主代碼之前，需要對單片機(jī)進(jìn)行初始化和定義操作子函數(shù)。詳細(xì)的寫入程序清單請參看本刊網(wǎng)站www.baimashangsha.com收集整理。
圖3
3 小 結(jié)
以上操作代碼成功實(shí)現(xiàn)了對Sumsung公司NAND結(jié)構(gòu)Flash的頁寫入，其它基本操作只要在寫頁的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改即可。在使用該器件時要注意：①所選單片機(jī)最好是高速的，內(nèi)部RAM要大，端口支持實(shí)時雙向輸入輸出；②由于該Flash的操作時序是ns級，所以在調(diào)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(shí)施信號檢測采樣的各種工業(yè)應(yīng)用，本文的大容量Flash可圓滿實(shí)現(xiàn)各種基本操作。
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