1 nand flash和nor flash
   
閃存(flash memory)由于其具有非易失性、電可擦除性、可重復編程以及高密度、低功耗等特點，被廣泛地應用于手機、mp3、數碼相機、筆記本電腦等數據存儲設備中。nand flash和nor flash是目前市場上兩種主要的非易失閃存芯片。與nor f1ash相比，nand flash在容量、功耗、使用壽命等方面的優勢使其成為高數據存儲密度的理想解決方案。nor flash的傳輸效率很高，但寫入和擦除速度較低；而nand flash以容量大、寫速度快、芯片面積小、單元密度高、擦除速度快、成本低等特點，在非易失性類存儲設備中顯現出強勁的市場競爭力。
   
結構：nor flash為并行，nand flash為串行。
總線：nor flash為分離的地址線和數據線，而nandflash為復用的。
尺寸：典型的nand flash尺寸為nor flash尺寸的1／8。壞塊：nand器件中的壞塊是隨機分布的，需要對介質進行初始化掃描以發現壞塊，并將壞塊標記為不可用。
位交換：nand flash中發生的次數要比nor flash多，建議使用nand閃存時，同時使用edc／ecc算法。
   
使用方法：nor flash是可在芯片內執行(xip，execute in place)，應用程序可以直接在flash閃存內運行，不必再把代碼讀到系統ram中；而nand flash則需i／o接口，因此使用時需要寫入驅動程序。
   
通過以上的分析和比較，nand flash更適合于大容量數據存儲的嵌入式系統。本設計選用samsung公司生產的nand flash存儲器芯片k9f1208作為存儲介質，并應用在基于upsd3234a增強型8051單片機的嵌入式系統中。

2 upsd3234a簡介
   
upsd3234a是由意法半導體公司生產的一款基于8052內核的增強型flash單片機，其結構如圖1所示。該單片機包含1個帶8032微控制器的flash psd、2塊flash存儲器、sram、通用i／o口可編程邏輯、管理監控功能，并可實現usb、i2c、adc、dac和pwm功能。其中，片內8032微控制器，帶有2個標準異步通信口、3個16位定時／計數器、1個外部中斷以及jtag isp接口(用于在系統編程)，一般應用于手持設備、家用電器等領域中。

3 k9f1208介紹
   
k9fl208是samsumg公司生產的512mb(64m×8位)nand flash存儲器。該存儲器的工作電壓為2．7～3．6v，內部存儲結構為528字節×32頁×4096塊，頁大小為528字節，塊大小為(16kb+512字節)；可實現程序自動擦寫、頁程序、塊擦除、智能的讀／寫和擦除操作，一次可以讀／寫或者擦除4頁或者塊的內容，內部有命令寄存器。如圖2所示，該器件按功能可以劃分為：存儲陣列、輸入／輸出緩沖、命令寄存器、地址譯碼寄存器和控制邏輯產生。其中，命令寄存器用來確定外部設備對存儲器進行操作的類型；地址譯碼寄存器用于保存被訪問的地址并產生相應的譯碼選通信號。主設備通過8位i／o端口分時復用訪問器件命令、地址和數據寄存器，完成對芯片內存儲器的訪問。


4 k9f1208讀／寫和擦除操作的實現
   
對于k9f1208的操作主要有頁讀取和頁編程操作。圖3是nand flash的標準頁讀取時序圖。具體的頁讀取操作如下：發命令階段，在片選信號ce有效的情況下，首先命令允許信號cle有效，此時寫入信號we有效，芯片準備好信號r／b置高，表示準備好；同時向i／o口發送讀操作命令(0xoo或oxo1)，表示是讀操作。發地址階段，此時片選有效，地址允許信號ale有效，寫入信號we保持有效，連續發送4個地址字；k9f1208的地址寄存器接收到地址值后，r／b信號將維持“忙”一段時間，此后r／b變為準備好狀態。最后是數據輸出階段，每次讀有效信號置低有效時，將會輸出一組數據。如此往復直到所有數據輸出完畢。

   
圖4是nand flash的標準頁編程時序圖。具體的頁編程操作如下：發命令階段，向i／o口發送頁編程操作第一個命令字(ox80)，表示是頁編程操作。發地址階段，連續發送4個地址字，k9fl208的地址寄存器接收到地址值后，等待接收數據；當數據總線發送數據后，k9f1208連續接收數據，直到接收到頁編程的第二個命令字(0x10)，即結束等待接收數據的狀態；r/b信號將維持“忙”一段時間，此后r／b變為準備好狀態。最后總線上發出讀狀態命令字(ox70)，則k9f1208的命令寄存器接收并響應該命令，向i／o口發送表示操作成功的狀態數據(ox00)或表示操作失敗的狀態數據(oxo1)。


5 upsd3234a與k9f1208的連接

5.1 硬件部分
   
upsd33234a的數據總線datao～7直接連接到k9f1208的數據線上。k9f1208的讀／寫信號是直接通過upsd3234a的讀／寫信號驅動的，k9f1208的ale地址允許信號、cle命令允許信號、片選使能信號分別由upsd3324a的p43、p44、p45來控制，而k9f1208的r/b狀態輸出信號由upsd3234a的p46來讀取。硬件連接如圖5所示。根據該硬件連接的情況，在驅動過程中，可以在upsd3234a中定義一個無效地址，通過對該無效地址進行讀寫來控制wr和rd信號。


5．2 軟件部分
   
本設計的驅動程序包括基本的操作函數和flash操作api函數。基本的操作函數包括輸入命令值、輸入地址值、輸入數據值、讀取數據值和讀取狀態等函數。由于k9f1208是無地址的，故先定義一個外部存儲器的空地址來對它進行空寫和空讀。定義的語句為：

   
程序說明：賦予p4_5為o，使得ce信號成低電平，從而片選k9f1208有效；賦予p4_4為1，使得cle信號成高電平，從而使k9f1208的命令允許信號有效；賦予p4_3為o，使得ale信號成低電平，從而使k9f1208的地址允許信號無效；最后對rk9f1208data進行空寫命令字，使得we信號成低電平，k9f1208的命令寄存器從數據總線接收到命令字，并執行相應的操作。

   
程序說明：賦予p4_5為0，使得ce信號成低電平，從而片選k9f1208有效；賦予p4_4為o，使得cle信號成低電平，從而使k9f1208的命令允許信號無效；賦予p4_3為1，使得ale信號成高電平，從而k9f1208的地址允許信號有效；最后對rk9f1208data進行空寫地址字，使得we的信號成低電平，k9f1208從數據總線接收到地址字，并鎖存到地址鎖存器中。

   
程序說明：賦予p4_5為0，使得ce信號成低電平，從而片選k9f11208有效；賦予p4_4為o，使得cle信號成低電平，從而使k9f1208的命令允許信號無效；賦予p4_3為0，使得ale信號成低電平，從而使。k9f1208的地址允許信號無效；最后對rk9f1208data進行空寫數據，使得we的信號成低電平，k9f1208從數據總線接收到數據，并根據命令寄存器和地址鎖存器來處理接收到的數據。

   
程序說明：賦予p4_5為0，使得ce信號成低電平，從而片選k9f1208有效；賦予p4_4為o，使得cle信號成低電平，從而k9f1208的命令允許信號無效；賦予p4_3為o，使得ale信號成低電平，從而使。k9fl208的地址允許信導無效；最后對rk9f1208data進行空讀數據，使得re的信號成低電平，k9f1208會根據命令寄存器和地址鎖存器來向數據總線發送相應的數據。

   
程序說明：只是讀取p4_6的狀態，以判斷k9f1208是否“忙”。如果p4_6為高電平，則表示k9f1208不忙，返回高電平；如果p4_6為低電平，則表示k9fl208“忙”，返回高電平。
   
為了臺理地操作k9f1208，還添加了不選中k9f1208的函數，以便在頁讀取和頁編程操作后，使k9f1208不工作。程序只是讓p4_5、p4_4、p4_3為低電平，從而使得k9f1208的片選信號、命令允許信號、地址允許信號無效。

宏定義語句如下：
   
#define flash_inactive(){p4_5=0；p4_4=0；p4_3=0；}
   
flash操作api函數包括復位k9f1208、驗證k9f1208的id號、擦除k9f1208某一扇區、讀取k9f1208某一扇區數據和寫入k9f1208某一扇區數據等函數。因為篇幅關系，只介紹頁讀取和頁編程函數。
   
圖6是讀取k9f1208某一扇區或某一頁的數據流程圖。首先，開始向k9f1208發送頁讀取命令字ox00，使得k9f1208的命令寄存器接收到命令字；然后取得要讀取扇區的地址，連續向k9f1208發送4個地址數據，發送完后讀取k9f1208的r/b引腳的狀態，直到k9f1208不忙(表示地址數據已接收完畢)；k9f1208開始讀取該地址所指的扇區，并向數據總線發送一個扇區的數據，此時讀取k9f1208的數據總線，直到整頁結束。

   
圖7是寫入k9f1208某一扇區或一頁的數據流程圖。首先向k9f1208發送頁編程的命令字ox80，使得k9f1208的命令寄存器接收到命令字；然后取得要寫入扇區的地址，連續向k9f1208發送4個地址數據，發送完后讀取k9f1208的r／b引腳的狀態，直到k9f1208不忙(表示地址數據已接收完畢)；k9f1208準備從數據總線接收一個扇區的數據，此時向k9f1208的數據總線發送一個扇區的數據，讓k9f1208接收數據，并存到相應的頁或扇區中；待發送的數據結束后，向k9f1208發送oxl0命令，使得k9f1208結束頁編程的操作；最后向k9f1208發送查詢狀態的命令字ox70，k9f1208接收到命令字后，就會向數據總線發送一個字節的數據，這時讀取k9f1208的數據總線，若收到字節ox00，則表示操作成功，若收到字節0x01，則表示操作失敗。

結語
   
本文介紹了samsung公司k9f1208芯片特點，并在此基礎上設計了基于upsd3234a的驅動設計。該方法對其他相關soc中實現nand flash的控制方法設計有直接的參考意義，可廣泛應用于需要大存儲容量的低端設備中。

http://www.mcu123.com/news/article/armsource/embedded/200803/4844.html