Nand-Flash存储器介绍及编程
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Nand-Flash存储器
1概述
NOR和NAND是目前市场上两种主要的非易失闪存技术。Nor-flash存储器的容量较小、写入速度较慢，但因其随机读取速度快，因此在嵌入式系统中，常应用在程序代码的存储中。Nor-flash存储器的内部结构决定它不适合朝大容量发展；而NAND-flash存储器结构则能提供极高的单元密度，可以达到很大的存储容量，并且写入和擦除的速度也很快。但NAND-flash存储器需要特殊的接口来操作，因此它的随机读取速度不及Nor-flash存储器。二者以其各自的特点，在不同场合发挥着各自的作用。
NAND-flash存储器是flash存储器的一种技术规格，其内部采用非线性宏单元模式，为固态大容量存储器的实现提供了廉价有效的解决方案，因而现在得到了越来越广泛的应用。例如体积小巧的U盘就是采用NAND-flash存储器的嵌入式产品。
由于NAND-flash（非线性flash）存储器内部结构不同于Nor-flash（线性flash）存储器，因此对它的读写操作也有较大的区别。BF533中没有像支持SDRAM一样提供直接与NAND-flash存储器的接口，读写的过程要靠软件编程来完成。本实验将以东芝公司的TC58DVM82A1FT芯片为例，介绍NAND-flash存储器芯片的读写流程和时序。
2 实验内容和目标
包括以下几点。
2 编写程序，读出器件的识别码（ID）。
3 对NAND-flash的一个或若干个块进行擦除操作。
4 在被擦除的一个或若干个块写入数据。
5 将写入的数据读出并进行验证。
6 查找坏块。
3 NAND-flash介绍及编程指导
NAND-flash存储器中的宏单元彼此相连，仅第一个和最后一个Cell分别与Work Line和BIT Line相连，因此NAND-flash架构的存储容量较Nor-flash架构的高。NAND-flash存储器的容量较大，改写速度快，主要应用在大量资料的存储，如嵌入式产品中，包括数码相机、MP3随身听记忆卡等。
1．器件特性及引脚
器件特性如下：
供电电源 2.7~3.6V
存储空间组织 (32M+1024K)b×8
数据寄存器 (512+16)b×8
自动编程和擦除
页编程 每页(512+16)B
块擦除 每块(16K+512)B
页读操作
任意操作时间 10s
串行页操作 50ns
快速写周期时间
写入时间 200s
块擦除时间 2ms
命令、地址、数据复用I/O口。
硬件数据保护 当电源波动时，写入/擦除操作自动中止。
可靠性
耐久力 可经受100k次擦写；
数据保存 10年
命令寄存器操作。
智能回拷贝。
采用唯一ID号保护版权。
封装 48脚TSOP I。
引脚图
各引脚功能描述如下表所示：
2．器件内部组织结构
TC58DVM82A1FT的容量为264Mb，存储空间的组织是由65536个页（行）、每页中528个字节（列）的方式构成。备用的16列位于地址512～527。TC58DVM82A1FT还将存储空间分为块（block），每一块由32个页构成。因此TC58DVM82A1FT中一共有2048个块。这种“块—页”的结构，恰好能满足文件系统中划分簇和扇区的结构要求。
TC58DVM82A1FT的内部结构及地址形式如图所示。
读和写都以页为单位进行操作。擦除是基于块进行操作的。
TC58DVM82A1FT的地址通过8位端口传送，这样，有效地节省了引脚的数量，并能够保持不同密度器件引脚的一致性，允许系统可以在电路不做改动的情况下升级为高容量存储器件。
由TC58DVM82A1FT的CLE和ALE信号线实现I/O口上指令和地址的复用。指令、地址和数据都通过拉低WE和CE从I/O口写入器件中。有一些指令只需要一个总线周期完成，例如，复位指令、读指令和状态读指令等；另外一些指令，例如页写入和块擦除，则需要2个周期，其中一个周期用来启动，而另一个周期用来执行。表中显示了TC58DVM82A1FT具备的指令。
3．页读操作
在初始上电时，器件进入缺省的“读方式1模式”。在这一模式下，页读操作通过将00h指令写入指令寄存器，接着写入三个地址（1个列地址，2个行地址）来启动。一旦页读指令被器件锁存，下面的页读操作就不需要再重复写入指令了。
写入指令和地址后，处理器可以通过对信号线R/B的分析来判断该操作是否完成。如果信号为低电平，表示器件正“忙”；为高电平，说明器件内部操作完成，要读取的数据被送入了数据寄存器。外部控制器可以在以50ns为周期的连续RE脉冲信号的控制下，从I/O口依次读出数据。
连续页读操作中，输出的数据是从指定的列地址开始，直到该页的最后一个列地址的数据为止。
读取流程：
读取操作示意图：
代码示例：
bool Read_NANDFlash(unsigned short Block_Address,unsigned short Page_Address)
{
int i;
NAND_Address_Table.Value = (Block_Address << 13)|(Page_Address << 8);
//块地址和页地址作为参数传入函数，又分别左移13位和8位赋给共用体中的Value这样实际是将地址赋给了A0～A24
Write_Command(0x00); // 写入命令00h
Write_Address(NAND_Address_Table.NAND_Address.NAND_Address_A0_A7,
NAND_Address_Table.NAND_Address.NAND_Address_A9_A16,
NAND_Address_Table.NAND_Address.NAND_Address_A17_A24,
0x03);
while(!Wait_NAND_RADY()); //等待NANDFlash准备完毕
for(i = 0;i<512;i++) //读取一页的512字节
{
Verify_Table[i] = *pNAND_BaseaAddr; delay(100);
}
NAND_Finish();
return true;
}
4．写入操作
TC58DVM82A1FT的写入操作也以页为单位。写入之前必须先擦除，否则写入将出错。
页写入周期总共包括3个步骤：写入串行数据输入指令（80h），然后写入三个字节的地址信息，最后串行写入数据。
串行写入的数据最多为528字节，它们首先被写入器件内的页寄存器，接着器件进入一个内部写入过程，将数据从页寄存器写入存储宏单元。
串行数据写入完成后，需要写入“页写入确认”指令10h，这条指令将初始化器件的内部写入操作。如果单独写入10h而没有前面的步骤，则10h不起作用。10h写入之后，TC58DVM82A1FT的内部写控制器将自动执行内部写入和校验中必要的算法和时序，这是系统控制器就可以去做别的事了。
内部写入操作开始后，器件自动进入“读状态寄存器”模式，在这一模式下，当RE、CE为低电平时，系统就可以读取状态寄存器。系统可以通过检测R/B的输出，或读状态寄存器的状态位（I/O7）来判断内部写入是否结束。在器件进行内部写入操作时，只有读状态寄存器指令和复位指令会被响应。当页写入操作完成，应该检测写状态位（I/O1）的电平。
内部写校验只对1没有成功地写为0的情况进行检测。指令寄存器始终保持着读状态寄存器模式，直到其它有效的指令写入指令寄存器为止。
写入流程：
写入操作示意图
代码示例：
bool Page_Program(unsigned short Block_Address,unsigned short Page_Address)
{
int i;
unsigned char NAND_Data;
NAND_Address_Table.Value = (Block_Address << 13)|(Page_Address << 8);
//块地址和页地址作为参数传入函数，又分别左移13位和8位赋给共用体中的Value这样实际是将地址赋给了A0～A24
Write_Command(0x80); // 写入命令80h
Write_Address(NAND_Address_Table.NAND_Address.NAND_Address_A0_A7,
NAND_Address_Table.NAND_Address.NAND_Address_A9_A16,
NAND_Address_Table.NAND_Address.NAND_Address_A17_A24,
0x03);
delay(100);
for(i = 0;i<512;i++) // 向一页中写入512字节
{ *pNAND_BaseaAddr = Test_Data_Table[i];
delay(100);
}
Write_Command(0x10); // 写入命令10h
delay(100);
while(!Wait_NAND_RADY()); // 等待NANDFlash准备完毕
delay(100);
Write_Command(0x70); // 写入命令70h（用于读状态寄存器）
delay(100);
NAND_Data = *pNAND_BaseaAddr; // 读取NANDFlash中状态寄存器的值
NAND_Finish();
if(NAND_Data != 0xc0)
//验证读取的值是否为C0，即I/O1为0表示操作成功，I/O7为1表示芯片忙状态结束
{
return false;
}
else
{
return true;
}
}
5．块擦除
擦除操作是以块为单位进行的。擦除的启动指令为60h，随后，块地址的输入通过两个时钟周期完成。这时只有地址位A14到A24是有效的，A9到A13则被忽略。块地址载入之后是擦除确认指令D0h，它用来初始化内部擦除操作。擦除确认命令用来防止外部干扰产生擦除操作的意外情况。器件检测到擦除确认命令输入后，在WE的上升沿启动内部写控制器开始执行擦除和擦除校验。内部擦除操作完成后，应该检测一下写状态位（I/O1），从而了解擦除操作是否有错误发生。
块擦除流程：
