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閃速存儲器芯片K9F6408系列的典型應(yīng)用
摘要：K9F6408系列是8M×8bit的NAND型閃速存儲器。它以其快速讀寫循環(huán)，數(shù)據(jù)硬件保護(hù)，可擦除，I/O口命令/地址/數(shù)據(jù)線復(fù)用和接口便利等特點，正成為大型數(shù)據(jù)如語音、數(shù)字圖像、文件等系統(tǒng)數(shù)據(jù)的載體。本文給出了K9F640800A與單片機(jī)P87C52的硬件連接電路及閃速存儲器操作的軟件應(yīng)用程序。關(guān)鍵詞：flash存儲器；扇區(qū)；操作；應(yīng)用程序
1、概述
存儲器是計算機(jī)外圍產(chǎn)品的重要組成部分，在經(jīng)歷了ROM,PROM和EPROM和如今已到了閃速存儲器(FlashMemory)的時代。Flash存儲器以其低成本，高可靠性的讀寫，非易失性，可擦寫性和操作簡便而成為一系列程序代碼（應(yīng)用軟件）和數(shù)據(jù)（用戶文件）存儲的理想媒體，從而受到到嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者的歡迎。
Flash存儲器的應(yīng)用范圍極廣，從現(xiàn)代計算機(jī)優(yōu)盤到嵌入式系統(tǒng)中取代的地位，可謂占盡風(fēng)流。正因為Flash的應(yīng)用廣泛，了解和掌握Flash的相關(guān)操作和管理技術(shù)就極為重要。大致說來Flash操作包括：檢錯（對Flash內(nèi)部壞扇區(qū)的檢測）、寫操作（寫入數(shù)據(jù)）、讀操作（從Flash中讀出數(shù)據(jù)）、空間管理和擦除操作。在系統(tǒng)中我們選用AT87C52單片機(jī)，它有24個I/O口，其中8個作為有特殊功能的I/O口，因此只剩16個I/O口可供一般的輸入/輸出使用。我們選用K9F640800A閃存的主要原因是它能節(jié)約I/O口，即它的地址線和數(shù)據(jù)線可復(fù)用。而其他許多閃存的地址線和數(shù)據(jù)線是分開使用的。因此，本文以SAMSUNG公司的K9F640800A為例，介紹Flash的操作技術(shù)。
2、K9F640800A芯片的性能特點：
·供電電壓：2.7v～3.6v
·該芯片容量為66Mbits，由1024塊組成，每塊又由16頁組成，一頁共有（512＋16）×8bit。使用64Mbits,另外還有2Mbits的閑置儲存空間。
·寫和讀以頁為單位，而擦除以塊為單位。讀、寫和擦除操作均通過命令完成，非常方便。（參見圖3）
·此芯片可擦寫1百萬次，掉電數(shù)據(jù)不丟失，數(shù)據(jù)可保存十年。
·有8位串行口，且可復(fù)用，既可作為地址和數(shù)據(jù)的輸入/輸出引腳，又可作命令的輸入引腳，根據(jù)時序采用分時循環(huán)。（見時序圖5）
·寫入每頁的時間為200us，平均每寫一個字節(jié)約400ns，即約20Mb/s。
·該flash的每一個扇區(qū)又分為三個區(qū)（256字節(jié)，256字節(jié)和16字節(jié)），如果需要對這三個區(qū)獨立操作，則通過00h,01h和50h命令分別選中。（參見圖3）
·快速的讀寫循環(huán)和數(shù)據(jù)硬件保護(hù)。
引腳分布、功能及操作命令如圖1所示：
3、P87C52與K9F6408U0A的應(yīng)用電路
我們設(shè)計了一個系統(tǒng)，所需實現(xiàn)的功能是，由P87C52單片機(jī)將接收到的GPS芯片發(fā)送的數(shù)據(jù)，按一定的格式處理后，存儲到Flash芯片上。當(dāng)上位機(jī)發(fā)出讀命令時，P87C52再從flash中取出數(shù)據(jù)，發(fā)給上位機(jī)。在此，我們給出了K9F6408U0A的flash芯片與P87C52單片機(jī)連接圖（圖2)。
4、K9F6408U0A的軟件編程
K9F6408U0A的軟件編程是采用C語言中嵌入?yún)R編來完成。主要包括：flash扇區(qū)檢錯，讀，寫，擦除和管理flash空間。
1）檢錯：剛出廠的Flash中可能存在壞扇區(qū)，用久的Flash好扇區(qū)也可能變壞。為了保證讀寫數(shù)據(jù)的可靠性，必須對Flash扇區(qū)進(jìn)行檢測。Flash扇區(qū)的好壞標(biāo)志存在于第3區(qū)中的第6Column,若扇區(qū)已壞，則標(biāo)志位數(shù)據(jù)不是FFH。設(shè)置一錯誤扇區(qū)的表，掃描檢錯flash，將壞扇區(qū)的號依次填入表中，將此表保存于flash存儲器中的第一個塊中（因為SAMSUNG確保第一個塊能正確使用）。流程圖(圖四)：
2）讀flash：Flash分三個區(qū)，命令0X00,0X01和0X50可分別讀取第一，二，三區(qū)中的數(shù)據(jù)。
過程為：選中Flash,通過I/O口寫入讀命令字，寫入所讀數(shù)據(jù)地址，置讀信號有效（下跳沿有效）。
�。ㄗx寫）時序圖如下：
具體程序如下：
voidFlashRead()
{
unsignedchard;
Flash_CE=0;file://片選
WriteCommand(0x00);file://寫讀的命令
WriteAddress(0x00,0);file://寫讀的地址
for(d=0;d!=2;d++)file://一次讀兩頁
{
uintk=528;file://每個扇區(qū)有528個字節(jié)
while(!Flash_RB)//當(dāng)讀信號無效時，等待
{
}
while(k)file://當(dāng)k不為0時，就繼讀；否則就停止讀
{
Flash_RD=0;file://準(zhǔn)備好讀入
#pragmaasmfile://嵌入?yún)R編，插入2個機(jī)器周期
NOP
NOP
#pragmaendasm//結(jié)束匯編
ACC=P0;file://把P0口讀出的值存入ACC寄存器
#pragmaasm//嵌入?yún)R編，插入2個機(jī)器周期
NOP
NOP
#pragmaendasm//結(jié)束匯編
Flash_RD=1;file://不再讀入
SendData();file://串口發(fā)送數(shù)據(jù)
k--;
}
}
Flash_CE=1;file://不再片選
}
3）寫flash：和讀操作不一樣的是，寫操作有兩個命令字：0X80和0X10，寫入0X80后，表示將向寄存器中寫入數(shù)據(jù)，如果再鍵入0X10則Flash中的控制器將寄存器的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲器中。寫操作時，將欲寫入數(shù)據(jù)的地址與錯誤扇區(qū)表相對照，看是否在表中。如果在表中，則將頁指針地址加十六（即換到下一個Block中），再對照，循環(huán)操作直到找到不在表中的地址。以此保證所寫的地址都是有效地址。具體過程：選中Flash,通過I/O口寫入寫命令字，寫入所要編程數(shù)據(jù)地址，置寫信號有效。（寫時序見圖五
*unsignedcharAssertBlock(unsignedchara)//與記錄壞塊的表相對照的子程序
{
unsignedchari=0;
while(i!=invalidblockbound+1)//invalidblockbound是無效塊的總數(shù)
{
while(a!=*InvalidBlockAddress++)//當(dāng)未遍歷到最后一個無效塊時,就繼續(xù)核對
{
i++;
}
}
if(i!=invalidblockbound+2)
return1;//無效的塊
else
return0;//有效的塊
}
voidWrite(void)//寫操作
{
unsignedcharh;
if(first)//當(dāng)開始對一頁進(jìn)行寫操作時，first=1,否則為0
{
Flash_CE=0;file://片選
WriteCommand(0x80);file://寫命令0x80
*ucharAssertBlock(startpage/16)file://與記錄壞塊的表相對照
WriteAddress(0x00,startpage);file://寫地址
first=0;
}
for(h=0;h!=16;h++)
WriteData(output[h]);file://寫入寄存器處理好的GPS數(shù)據(jù)
if(FlagWrite)//當(dāng)寄存器中數(shù)據(jù)滿528字節(jié)（1頁）時，F(xiàn)lagWrite＝1，否則為0
{
WriteCommand(0x10);//將數(shù)據(jù)寫入flash
while(!Flash_RB)file://等待讀信號有效
{
}
WriteCommand(0x70);file://讀狀態(tài)量
Delay10us();
Flash_RD=0;file://準(zhǔn)備好讀入
#pragmaasm//嵌入?yún)R編，插入兩個機(jī)器周期
nop
nop
#pragmaendasm//結(jié)束匯編
ACC=P0;
ACC=ACC&0x01;
Flash_RD=1;
if(ACC!=0)file://若最后一位不為零
{
*(InvalidBlockAddress+j)=startpage/16;file://存儲無效塊空間的首地址
startpage=startpage+16;file://讀下一個塊的第一個扇區(qū)看是否是有效的扇區(qū)
}
Flash_CE=1;file://結(jié)束片選
startpage++;file://寫下一頁
first=1;
}
}
4）擦除：以塊為單位進(jìn)行擦除。前后有兩條擦除命令以保證不會被意外擦除。
voidFlashErase(uinta)
{
unsignedintblockcount;
Flash_CE=0;//片選
for(blockcount=0;blockcount!=a;blockcount++)//尋找被擦除的塊
{
WriteCommand(0x60);//塊擦除預(yù)命令
WriteAddresspag
e(16*blockcount);
WriteCommand(0xD0);//塊擦除確認(rèn)命令
while(Flash_RB!=1)
{
}
WriteCommand(0x70);//讀擦除狀態(tài)命令
Delay10us();
Flash_RD=0;
#pragmaasm//嵌入?yún)R編，插入3個機(jī)器周期
nop
nop
nop
#pragmaendasm//結(jié)束匯編
ACC=P0;
#pragmaasm//嵌入?yún)R編，插入1個機(jī)器周期
nop
#pragmaendasm//結(jié)束匯編
Flash_RD=1;
ACC=ACC&0x01;
if(ACC!=0)//擦除失敗
{
*InvalidBlockAddress=blockcount;//記錄壞的塊
InvalidBlockAddress++;
j++;
}
}
Flash_CE=1;//不再片選
}
5）flash管理：主要包括記錄無效的塊，flash空間檢測以及空間的整理。（在此以flash整理流程圖為例）
�。�1）開始flash整理程序；（2）掃描整個物理空間，取得已使用的扇區(qū)數(shù)N；（3）從第i個已使用的扇區(qū)讀起，初始化i=1；（4）看扇區(qū)的地址是否連續(xù)；（5）如果連續(xù)就讀下一個扇區(qū)，如果讀到最后一個已使用的扇區(qū)就結(jié)束；（6）如果不是最后一個已使用的扇區(qū)，就跳到步驟（3）；（7）如果物理扇區(qū)不連續(xù)，則取得此扇區(qū)所在塊k的地址指針；（8）掃描到空閑塊j并取得其地址指針；（9）將k中所有的已寫扇區(qū)移至j中，擦除塊k；（10）擦除有效嗎（11）若無效則將此塊記為無效塊，并進(jìn)行（12）步；（12）若有效則判斷讀到最后一個扇區(qū)了嗎？（13）若沒有跳至步驟（3）；（14）若是最后一個已寫扇區(qū)，則結(jié)束整理程序。
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