C8051F的超大容量Flash存储器扩展
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关键词：NAND Flash 数据存储 C8051F
引 言
大容量数据存储是单片机应用系统的瓶颈，受到容量、功耗、寻址方式的约束。突破容量限制，可以很大程度上扩展和提高应用系统的总体功能。Sumsung公司的NAND结构Flash存储器件是一款性价比很高的超大容量数据存储器件，在MP3、U盘、数码相机和PDA中有广泛的应用，且市场占有份额逐年加大。用该器件作为各种单片机尤其是嵌入式系统的数据存储器，可以完美地解决容量限制，实现灵活操作，势必成为数据存储的主流方向。
1 器件介绍
NAND结构Flash是Sumsung公司隆重推出并着力开发的新一代数据存储器件，电源电压1.7～3.6V，体积小，功耗低，容量最大可达1GB，按页进行读写，按块擦除，通过I/O口分时复用作为命令/地址/数据。本次应用开发的是NAND结构16MB的K9F2808UOB，其它大容量的器件只比该型号送出的地址多了几字节，操作指令和时序相同。具体结构说明如图1所示。
由图1可知，该器件由1K个块(block)组成，每个块有32页，每页有528字节，这528字节分成A、B、C三个区。对每一页的寻址需要通过I/O口送出三个地址，第二、三行地址（A9～A23）指明寻址到某一页，第一列地址指明寻址到页的指定区中某一字节。对页的分区命令如表1所列。
表1 起始指针位置与区域关系对照表
| 命 令 | 指针位置/字节 | 区 域 |
| 00H | 0～255 | 阵列第一伴（A） |
| 01H | 256～511 | 阵列第二半（B） |
| 50H | 512～527 | 剩余阵列（C） |
由表1可以看出，00H、01H、50H只是选区指针。
选定区的内部寻址是由第一个列地址完成的，A0～A7可以最大寻址256字节。
2 应用举例
在开发便携式心电信号采集监视仪中，K9F2808被用做心电采样数据存储器。MCU采用美国Cygnal公司的SoC增强型单片机C8051F020，内部RAM共有4352字节，I/O支持双向操作等。Flash的命令引脚要接到端口1上去，端口3是命令/地址/数据的复用形式。显然这里的数据是并行的，因此操作速度很快，达到了读页 1.2ns，写页200μs。图2给出了芯片的接口电路图。由于篇幅所限，图3只给出写页的命令时序，并对相关的指令代码做简要说明。
在写页之前，MCU的RAM中就应该存有采样来的528字节的数据。写操作时，先指出写开始地址。这由选区命令和第一个列地址来共同指定，以后在写页时就可以忽略不写。此处为了最大限度存储数据，开始地址定为A区的00H。为了指定这个地址，必须在送出命令80H之前送出选区命令00H，同时地址A0～A7置为0。紧跟在80H之后送出三个地址，第一个列地址已经是00H，第二、三页地址只要指定A9～A23就可以了。随后连续送出528个数据字节，为了把数据从Flash的数据寄存器写入对应存储单元，接下来再写入命令10H。经过约500μs的物理写入，就可以进行状态查询了。写入命令字70H后，从Flash的I/O0位就可以读出操作结果标志。在执行主代码之前，需要对单片机进行初始化和定义操作子函数。详细的写入程序清单请参看本刊网站www.dpj.com.cn。
图3
3 小 结
以上操作代码成功实现了对Sumsung公司NAND结构Flash的页写入，其它基本操作只要在写页的基础上进行修改即可。在使用该器件时要注意：①所选单片机最好是高速的，内部RAM要大，端口支持实时双向输入输出；②由于该Flash的操作时序是ns级，所以在调试时要注意指令的安排顺序和有选择地加入空操作指令,以满足其精确的时序要求；③对于实施信号检测采样的各种工业应用，本文的大容量Flash可圆满实现各种基本操作。
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