flash操作基础
FLASH 所谓Flash，是内存（Memory）的一种，但兼有RAM和ROM 的优点，是一种可在系统（In-System）进行电擦写，掉电后信息不丢失的存储器，同时它的高集成度和低成本使它成为市场主流。 Flash 芯片是由内部成千上万个存储单元组成的，每个单元存储一个bit。具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系统编程（烧写）、擦除等特点，并且可由内部嵌入的算法完成对芯片的操作，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用。作为一种非易失性存储器，Flash在系统中通常用于存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等。常用的Flash为8位或16位的数据宽度，编程电压为单3.3V。主要的生产厂商为INTEL、ATMEL、AMD、HYUNDAI等。Flash 技术根据不同的应用场合也分为不同的发展方向，有擅长存储代码的NOR Flash和擅长存储数据的NAND Flash。一下对NOR Flash和NAND Flash的技术分别作了相应的介绍。 在过去的20年里,嵌入式系统一直使用ROM（EPROM）作为它们的存储设备。然而近年来Flash 全面代替了ROM（EPROM）在嵌入式系统中的地位。因为相较ROM而言，Flash有成本低，容易改写等优点。 目前Flash主要有两种
NOR Flash 和 NADN Flash 它们在应用上有所不同因此也用于不同的场合。 读取NOR Flash和读取我们常见的SDRAM是一样的。它的所有地址都是可见的，你可以读取它任意随机地址的值。同时它和SDRAM一样你可以直接运行装载在NOR FLASH里面的代码，这就是作谓的XIP（Execute-In-Place）技术。因为NOR Flash有这种特性，所以它非常适用于小型嵌入式系统。你可以把你的代码装载到Flash中，在系统启动的时候直接运行它，而减少SRAM的容量从而节约了成本。 从这种意义上来说，NOR FLASH已经可以代替原先我们一直使用的标准的ROM。并且还具有ROM所没有的特性。 目前市面上的FLASH 主要来自Intel，AMD，Fujitsu，和Toshiba。常用的容量一般在128K到64M之间。 NAND Flash 没有采取内存的随机读取技术。它的读取是以一次读取一块的形式来进行的，通常是一次读取512个字节。采用这种技术的Flash比较廉价。但是和所有块设备一样，NAND Flash 比较容易出现坏位。这需要我们采用软件来避免使用这些位。这样以来就增加了软件的复杂度。你不能直接运行NAND Flash上的代码。因此好多使用NAND Flash的开发板除了使用NAND Flah以外，还加上了一块小的NOR Flash来运行启动代码。这样做会增加系统的复杂度。不过最近这种现象有所改观。三星最近生产的一批采用ARM Core的CPU，采用了一个内部的缓冲来存放NAND Flash里读取的东西。以此来直接运行NAND FLASH里面启动代码。比如基于Arm920T和新的S3c2410芯片。 另外，我们最常见的NAND FLASH的应用是嵌入式系统采用的DOC（Disk On Chip）和我们通常用的“闪盘”。 目前生产NAND Flash的主要厂家有Samsung 和Toshiba。最大容量已经突破了1G位。写Flash和写SRAM截然不同。它是通过一系列指令才能完成一个写操作的。而我们用的RAM直接写入即可。无论是NOR Flash 还是NAND Flash都有一个“扇区”的概念。这个“扇区”从8K到256K不等。在写操作中它将作为一个整体来操作。要向某个地址里面写如一个值得先看一下这个地址原先的值是不是全为“1“。如果全为“1”，那么通过一系列指令可以将这个值写入。反之，则先要进行擦除使其全部变为“1”。擦除操作是不能用一个地址来操作的。擦除必须一次擦除一个“扇区“。把这个“扇区”所有的值都变为“1”，然后才能进行写操作。 不同型号的Flash的操作指令不同。具体操作的时候需要仔细阅读所使用产品的产品说明书。一．NOR Flash1. 市场介绍随着技术的发展，愈来愈多的电子产品需要更多的智能化，这也对这些产品的程序存储提出了更高的要求。Flash作为一种低成本、高集成度的存储技术在电子产品领域的应用非常广泛。今天90%的PC、超过90%的手机、超过50%的Modem，都是用了Flash，如今Flash市场规模已经超过了100亿美元。如此巨大的市场规模，也导致市场上的Flash 品牌层出不穷。在NOR Flash市场中，Intel公司是非常重要的一家生产厂商。Intel公司生产的Flash芯片多年来占据着市场的很大份额，而它的芯片封装形式和接口也成为业界标准，从而为不同品牌的Flash带来了兼容的方便。2. NOR Flash 的硬件设计和调试首先，Flash 要通过系统总线接在处理器上，即保持一个高速的数据交换的通道。那么就必须了解一下Flash在系统总线上的基本操作。1） 先了解一下处理器存储空间BANK的概念。以32位处理器S3C2410为例，理论上可以寻址的空间为4GB，但其中有3GB的空间都预留给处理器内部的寄存器和其他设备了，留给外部可寻址的空间只有1GB，也就是0X00000000~0X3fffffff，总共应该有30根地址线。这1GB的空间，2410处理器又根据所支持的设备的特点将它分为了8份，每份空间有128MB，这每一份的空间又称为一个BANK。为方便操作，2410独立地给了每个BANK一个片选信号（nGCS7~nGCS0）。其实这8个片选信号可以看作是2410处理器内部30根地址线的最高三位所做的地址译码的结果。正因为这3根地址线所代表的地址信息已经由8个片选信号来传递了，因此2410处理器最后输出的实际地址线就只有A26~A0（如下图1）图1 2410内存BANK示意图 2）以图2(带nWAIT信号)为例，描述一下处理器的总线的读操作过程，来说明Flash整体读、写的流程。第一个时钟周期开始，系统地址总线给出需要访问的存储空间地址，经过Tacs时间后，片选信号也相应给出（锁存当前地址线上地址信息），再经过Tcso时间后，处理器给出当前操作是读（nOE为低）还是写（new为低），并在Tacc时间内将数据数据准备好放之总线上，Tacc时间后（并查看nWAIT信号，为低则延长本次总线操作），nOE 拉高，锁存数据线数据。这样一个总线操作就基本完成 图2 带nWAIT 信号的总线读操作 3）NOR Flash的接口设计（现代的29LV160芯片）29LV160存储容量为8M字节，工作电压为3.3V，采用56脚TSOP封装或48脚FBGA封装，16位数据宽度。29LV160仅需单3.3V电压即可完成在系统的编程与擦除操作，通过对其内部的命令寄存器写入标准的命令序列，可对Flash进行编程（烧写）、整片擦除、按扇区擦除以及其他操作。引脚信号描述和接口电路分别如图3和图4所示。图3
29LV160引脚信号描述 图4 FLASH（29LV160）接口电路 可以从信号引脚图3和总线操作图2看出，NOR Flash的接口和系统总线接口完全匹配，可以很容易地接到系统总线上。 3. NOR Flash的软件设计Flash 的命令很多，但常用到的命令就3种：识别、擦除、编程命令。以下就对3种命令作分别的简要介绍：1） NOR Flash的识别29lv160_CheckId(){ U8 tmp; U16 manId,devId;
int i; _RESET(); _WR(0x555,0xaa);
_WR(0x2aa,0x55); _WR(0x555,0x90); manId=_RD(0x0); devId=_RD(0x1); _RESET();
printf("Manufacture ID(0x22C4)=%4x, Device
ID(0x2249)=%4x\n",manId,devId); if(manId == 0x22C4
&& devId == 0x2249) return 1; else
return 0;}NOR Flash 的识别程序由四个读写周期就可以完成，在Flash的相关命令表中可以查到相应ID识别的命令。
2） NOR Flash的擦除要对NOR Flash进行写操作，就一定要先进性擦除操作。NOR Flash 的擦除都是以块（sector）为单位进行的，但是每一种型号的Flash的sector的大小不同，即使在同一片的Flash内，，不同sector的大小也是不完全一样的。void 29lv160db_EraseSector(int
targetAddr){ printf("Sector Erase is started!\n");
_RESET(); _WR(0x555,0xaa); _WR(0x2aa,0x55);
_WR(0x555,0x80);
_WR(0x555,0xaa);_WR(0x2aa,0x55);_WR(BADDR2WADDR(targetAddr),0x30); return
_WAIT(BADDR2WADDR(targetAddr); }
图5 Erase Operation /**************如上图5所示，擦除操作时还要有一个关键的操作擦除查询算法，即等待Flash擦除的过程，并返回擦除是否成功的结果。算法如右图6所示****************/Int _WAIT(void){unsigned int
state，flashStatus，old;old=_RD(BADDR2WADDR(0x0));while(1)
{ flashStatus=_RD(BADDR2WADDR(0x0));
if( (old&0x40) == (flashStatus&0x40) )
break; if( flashStatus&0x20 )
{ //printf("[DQ5=1:%x]\n",flashStatus);
old=_RD(BADDR2WADDR(0x0));
flashStatus=_RD(BADDR2WADDR(0x0));
if( (old&0x40) == (flashStatus&0x40) )
return 0; else return 1; } //printf(".");
old=flashStatus; }
//printf("!\n"); return 1;}图6 Toggle Bit Algorithm
以上的方法为查询数据线上的一个特定位Toggle位。此外还有2种检测方法，一种为提供额外的Busy信号，处理器通过不断查询Busy信号来得知Flash的擦除操作是否完成，一般较少应用；一种为查询Polling位。 3） NOR Flash 的编程操作int 29lv160db_ProgFlash(U32 realAddr,U16
data){ _WR(0x555,0xaa); _WR(0x2aa,0x55);
_WR(0x555,0xa0);
_WR(BADDR2WADDR(realAddr),data); return
_WAIT(BADDR2WADDR(realAddr); }对擦除过的Flash进行编程比较简单，但仍然用到以上提到的查询算法，速度比较慢，一般为20uS，最长的达到500uS 。 二．NAND
