闪速存储器芯片K9F6408系列的典型应用

    摘要：K9F6408系列是8M×8bit的NAND型闪速存储器。它以其快速读写循环，数据硬件保护，可擦除，I/O口命令/地址/数据线复用和接口便利等特点，正成为大型数据如语音、数字图像、文件等系统数据的载体。本文给出了K9F640800A与单片机P87C52的硬件连接电路及闪速存储器操作的软件应用程序。

    关键词：flash 存储器；扇区；操作；应用程序

    1、概述

    存储器是计算机外围产品的重要组成部分，在经历了ROM, PROM和 EPROM和 如今已到了闪速存储器(Flash Memory)的时代。Flash存储器以其低成本，高可靠性的读写，非易失性，可擦写性和操作简便而成为一系列程序代码（应用软件）和数据（用户文件）存储的理想媒体，从而受到到嵌入式系统开发者的欢迎。

    Flash存储器的应用范围极广，从现代计算机优盘到嵌入式系统中取代 的地位，可谓占尽风流。正因为Flash的应用广泛，了解和掌握Flash的相关操作和管理技术就极为重要。大致说来Flash操作包括：检错（对Flash内部坏扇区的检测）、写操作（写入数据）、读操作（从Flash中读出数据）、空间管理和擦除操作。在系统中我们选用AT87C52单片机，它有24个I/O口，其中8个作为有特殊功能的I/O口，因此只剩16个I/O口可供一般的输入/输出使用。我们选用K9F640800A闪存的主要原因是它能节约I/O口，即它的地址线和数据线可复用。而其他许多闪存的地址线和数据线是分开使用的。因此，本文以SAMSUNG公司的K9F640800A为例，介绍Flash的操作技术。

    2、K9F640800A芯片的性能特点：

    ·供电电压：2.7v～3.6v
    ·该芯片容量为66Mbits，由1024块组成，每块又由16页组成，一页共有（512＋16）×8bit。使用64Mbits,另外还有2Mbits的闲置储存空间。
    ·写和读以页为单位，而擦除以块为单位。读、写和擦除操作均通过命令完成，非常方便。（参见图3）
    ·此芯片可擦写1百万次，掉电数据不丢失，数据可保存十年。
    ·有8位串行口，且可复用，既可作为地址和数据的输入/输出引脚，又可作命令的输入引脚，根据时序采用分时循环。（见时序图5）
    ·写入每页的时间为200us，平均每写一个字节约400ns，即约20Mb/s。
    ·该flash的每一个扇区又分为三个区（256字节，256字节和16字节），如果需要对这三个区独立操作，则通过00h,01h和50h命令分别选中。（参见图3）
    ·快速的读写循环和数据硬件保护。                         

    引脚分布、功能及操作命令如图1所示：

    3、P87C52与K9F6408U0A的应用电路

    我们设计了一个系统，所需实现的功能是，由P87C52单片机将接收到的GPS芯片发送的数据，按一定的格式处理后，存储到Flash芯片上。当上位机发出读命令时，P87C52再从flash中取出数据，发给上位机。在此，我们给出了K9F6408U0A的flash芯片与P87C52单片机连接图（图2)。

    4、K9F6408U0A的软件编程

    K9F6408U0A的软件编程是采用C语言中嵌入汇编来完成。主要包括：flash扇区检错，读，写，擦除和管理flash空间。

    1）检错：刚出厂的Flash中可能存在坏扇区，用久的Flash好扇区也可能变坏。为了保证读写数据的可靠性，必须对Flash扇区进行检测。Flash扇区的好坏标志存在于第3区中的第6 Column, 若扇区已坏，则标志位数据不是FFH。设置一错误扇区的表，扫描检错flash，将坏扇区的号依次填入表中，将此表保存于flash存储器中的第一个块中（因为SAMSUNG确保第一个块能正确使用）。流程图(图四)：

    2）读flash：Flash 分三个区，命令0X00,0X01和0X50可分别读取第一，二，三区中的数据。

    过程为：选中Flash,通过I/O口写入读命令字，写入所读数据地址，置读信号有效（下跳沿有效）。
  （读写）时序图如下：

具体程序如下：

 void FlashRead()   
{
unsigned char d;
Flash_CE=0;              file://片选               
WriteCommand(0x00);      file://写读的命令         
WriteAddress(0x00,0);      file://写读的地址       
for(d=0;d!=2;d++)          file://一次读两页
{              
uint k=528;        file://每个扇区有528个字节     
while(!Flash_RB)//当读信号无效时，等待     
{                                           
}                                           
while(k) file://当k不为0时，就继读；否则就停止读                                    
{                                            
Flash_RD=0;      file://准备好读入                 
#pragma asm    file://嵌入汇编，插入2个机器周期                              
NOP                                         
NOP 
#pragma endasm//结束汇编

 ACC=P0;     file://把P0口读出的值存入ACC寄存器
   #pragma asm//嵌入汇编，插入2个机器周期
   NOP 
   NOP
   #pragma endasm//结束汇编
Flash_RD=1;    file://不再读入   
SendData();     file://串口发送数据
k--;
}
  }
Flash_CE=1;     file://不再片选
}

    3）写flash：和读操作不一样的是，写操作有两个命令字：0X80和0X10，写入0X80后，表示将向寄存器中写入数据，如果再键入0X10则Flash中的控制器将寄存器的数据存储到数据存储器中。写操作时，将欲写入数据的地址与错误扇区表相对照，看是否在表中。如果在表中，则将页指针地址加十六（即换到下一个Block中），再对照，循环操作直到找到不在表中的地址。以此保证所写的地址都是有效地址。具体过程：选中Flash,通过I/O口写入写命令字，写入所要编程数据地址，置写信号有效。（写时序见图五

*unsignedchar AssertBlock(unsigned char a)// 与记录坏块的表相对照的子程序
{
 unsigned char i=0;
while (i!=invalidblockbound+1)// invalidblockbound是无效块的总数
{
  while(a!=*InvalidBlockAddress++)//当未遍历到最后一个无效块时,就继续核对

{
     i++;
      }
}
 if(i!=invalidblockbound+2)
 return 1;//无效的块
 else
return 0;//有效的块
}

void Write(void)//写操作   
{
unsigned char h;
if(first)//当开始对一页进行写操作时，first=1,否则为0
{
Flash_CE=0;     file://片选
WriteCommand(0x80);   file://写命令0x80
*uchar AssertBlock(startpage/16) file://与记录坏块的表相对照
WriteAddress(0x00,startpage);  file://写地址
first=0;
}
for(h=0;h!=16;h++)
WriteData(output[h]);   file://写入寄存器处理好的GPS数据   
if(FlagWrite)//当寄存器中数据满528字节（1页）时，FlagWrite＝1，否则为0
{
WriteCommand(0x10);//将数据写入flash
while(!Flash_RB)  file://等待读信号有效
{
}
  WriteCommand(0x70); file://读状态量
 Delay10us();
 Flash_RD=0; file://准备好读入
  #pragma asm//嵌入汇编，插入两个机器周期
 nop
 nop
 #pragma endasm//结束汇编
 ACC=P0;
 ACC=ACC&0x01;
    Flash_RD=1;
   if(ACC!=0)   file://若最后一位不为零
{
      *(InvalidBlockAddress+j)=startpage/16; file://存储无效块空间的首地址
      startpage=startpage+16; file://读下一个块的第一个扇区看是否是有效的扇区
}
Flash_CE=1; file://结束片选
startpage++; file://写下一页
first=1;
}
}
4）擦除：以块为单位进行擦除。前后有两条擦除命令以保证不会被意外擦除。

 void FlashErase(uint a)
{
  unsigned int blockcount;
   Flash_CE=0;//片选
  for(blockcount=0;blockcount!=a;blockcount++)//寻找被擦除的块
{
   WriteCommand(0x60);//块擦除预命令
   WriteAddresspage(16*blockcount);
   WriteCommand(0xD0);//块擦除确认命令
   while(Flash_RB!=1)
   {
   }
   WriteCommand(0x70);//读擦除状态命令
 Delay10us();
 Flash_RD=0;
      #pragma asm//嵌入汇编，插入3个机器周期
 nop
 nop
 nop
 #pragma endasm//结束汇编
 ACC=P0;
  #pragma asm//嵌入汇编，插入1个机器周期
  nop
  #pragma endasm//结束汇编
  Flash_RD=1;
  ACC=ACC&0x01;
 if(ACC!=0)//擦除失败
  {
    *InvalidBlockAddress=blockcount;//记录坏的块
      InvalidBlockAddress++;
      j++;
}
    }
 Flash_CE=1;//不再片选
 }
5）flash管理：主要包括记录无效的块，flash空间检测以及空间的整理。（在此以flash整理流程图为例）
（1）开始flash整理程序；（2）扫描整个物理空间，取得已使用的扇区数N；（3）从第i个已使用的扇区读起，初始化i=1；（4）看扇区的地址是否连续；（5）如果连续就读下一个扇区，如果读到最后一个已使用的扇区就结束；（6）如果不是最后一个已使用的扇区，就跳到步骤（3）；（7）如果物理扇区不连续，则取得此扇区所在块k的地址指针；（8）扫描到空闲块j并取得其地址指针；（9）将k中所有的已写扇区移至j中，擦除块k；（10）擦除有效吗（11）若无效则将此块记为无效块，并进行（12）步；（12）若有效则判断读到最后一个扇区了吗？（13）若没有跳至步骤（3）；（14）若是最后一个已写扇区，则结束整理程序。