摘要：K9F6408系列是8M×8bit的NAND型閃速存儲(chǔ)器。它以其快速讀寫(xiě)循環(huán)，數(shù)據(jù)硬件保護(hù)，可擦除，I/O口命令/地址/數(shù)據(jù)線復(fù)用和接口便利等特點(diǎn)，正成為大型數(shù)據(jù)如語(yǔ)音、數(shù)字圖像、文件等系統(tǒng)數(shù)據(jù)的載體。本文給出了K9F640800A與單片機(jī)P87C52的硬件連接電路及閃速存儲(chǔ)器操作的軟件應(yīng)用程序。

    關(guān)鍵詞：flash 存儲(chǔ)器；扇區(qū)；操作；應(yīng)用程序

    1、概述

    存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)外圍產(chǎn)品的重要組成部分，在經(jīng)歷了ROM, PROM和 EPROM和 如今已到了閃速存儲(chǔ)器(Flash Memory)的時(shí)代。Flash存儲(chǔ)器以其低成本，高可靠性的讀寫(xiě)，非易失性，可擦寫(xiě)性和操作簡(jiǎn)便而成為一系列程序代碼（應(yīng)用軟件）和數(shù)據(jù)（用戶文件）存儲(chǔ)的理想媒體，從而受到到嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者的歡迎。

    Flash存儲(chǔ)器的應(yīng)用范圍極廣，從現(xiàn)代計(jì)算機(jī)優(yōu)盤(pán)到嵌入式系統(tǒng)中取代 的地位，可謂占盡風(fēng)流。正因?yàn)镕lash的應(yīng)用廣泛，了解和掌握Flash的相關(guān)操作和管理技術(shù)就極為重要。大致說(shuō)來(lái)Flash操作包括：檢錯(cuò)（對(duì)Flash內(nèi)部壞扇區(qū)的檢測(cè)）、寫(xiě)操作（寫(xiě)入數(shù)據(jù)）、讀操作（從Flash中讀出數(shù)據(jù)）、空間管理和擦除操作。在系統(tǒng)中我們選用AT87C52單片機(jī)，它有24個(gè)I/O口，其中8個(gè)作為有特殊功能的I/O口，因此只剩16個(gè)I/O口可供一般的輸入/輸出使用。我們選用K9F640800A閃存的主要原因是它能節(jié)約I/O口，即它的地址線和數(shù)據(jù)線可復(fù)用。而其他許多閃存的地址線和數(shù)據(jù)線是分開(kāi)使用的。因此，本文以SAMSUNG公司的K9F640800A為例，介紹Flash的操作技術(shù)。

    2、K9F640800A芯片的性能特點(diǎn)：

    ·供電電壓：2.7v～3.6v
    ·該芯片容量為66Mbits，由1024塊組成，每塊又由16頁(yè)組成，一頁(yè)共有（512＋16）×8bit。使用64Mbits,另外還有2Mbits的閑置儲(chǔ)存空間。
    ·寫(xiě)和讀以頁(yè)為單位，而擦除以塊為單位。讀、寫(xiě)和擦除操作均通過(guò)命令完成，非常方便。（參見(jiàn)圖3）
    ·此芯片可擦寫(xiě)1百萬(wàn)次，掉電數(shù)據(jù)不丟失，數(shù)據(jù)可保存十年。
    ·有8位串行口，且可復(fù)用，既可作為地址和數(shù)據(jù)的輸入/輸出引腳，又可作命令的輸入引腳，根據(jù)時(shí)序采用分時(shí)循環(huán)。（見(jiàn)時(shí)序圖5）
    ·寫(xiě)入每頁(yè)的時(shí)間為200us，平均每寫(xiě)一個(gè)字節(jié)約400ns，即約20Mb/s。
    ·該flash的每一個(gè)扇區(qū)又分為三個(gè)區(qū)（256字節(jié)，256字節(jié)和16字節(jié)），如果需要對(duì)這三個(gè)區(qū)獨(dú)立操作，則通過(guò)00h,01h和50h命令分別選中。（參見(jiàn)圖3）
    ·快速的讀寫(xiě)循環(huán)和數(shù)據(jù)硬件保護(hù)。                         

    引腳分布、功能及操作命令如圖1所示：

    3、P87C52與K9F6408U0A的應(yīng)用電路

    我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)系統(tǒng)，所需實(shí)現(xiàn)的功能是，由P87C52單片機(jī)將接收到的GPS芯片發(fā)送的數(shù)據(jù)，按一定的格式處理后，存儲(chǔ)到Flash芯片上。當(dāng)上位機(jī)發(fā)出讀命令時(shí)，P87C52再?gòu)膄lash中取出數(shù)據(jù)，發(fā)給上位機(jī)。在此，我們給出了K9F6408U0A的flash芯片與P87C52單片機(jī)連接圖（圖2)。

    4、K9F6408U0A的軟件編程

    K9F6408U0A的軟件編程是采用C語(yǔ)言中嵌入?yún)R編來(lái)完成。主要包括：flash扇區(qū)檢錯(cuò)，讀，寫(xiě)，擦除和管理flash空間。

    1）檢錯(cuò)：剛出廠的Flash中可能存在壞扇區(qū)，用久的Flash好扇區(qū)也可能變壞。為了保證讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的可靠性，必須對(duì)Flash扇區(qū)進(jìn)行檢測(cè)。Flash扇區(qū)的好壞標(biāo)志存在于第3區(qū)中的第6 Column, 若扇區(qū)已壞，則標(biāo)志位數(shù)據(jù)不是FFH。設(shè)置一錯(cuò)誤扇區(qū)的表，掃描檢錯(cuò)flash，將壞扇區(qū)的號(hào)依次填入表中，將此表保存于flash存儲(chǔ)器中的第一個(gè)塊中（因?yàn)镾AMSUNG確保第一個(gè)塊能正確使用）。流程圖(圖四)：

    2）讀flash：Flash 分三個(gè)區(qū)，命令0X00,0X01和0X50可分別讀取第一，二，三區(qū)中的數(shù)據(jù)。

    過(guò)程為：選中Flash,通過(guò)I/O口寫(xiě)入讀命令字，寫(xiě)入所讀數(shù)據(jù)地址，置讀信號(hào)有效（下跳沿有效）。
  （讀寫(xiě)）時(shí)序圖如下：

具體程序如下：

 void FlashRead()   
{
unsigned char d;
Flash_CE=0;              file://片選               
WriteCommand(0x00);      file://寫(xiě)讀的命令         
WriteAddress(0x00,0);      file://寫(xiě)讀的地址       
for(d=0;d!=2;d++)          file://一次讀兩頁(yè)
{              
uint k=528;        file://每個(gè)扇區(qū)有528個(gè)字節(jié)     
while(!Flash_RB)//當(dāng)讀信號(hào)無(wú)效時(shí)，等待     
{                                           
}                                           
while(k) file://當(dāng)k不為0時(shí)，就繼讀；否則就停止讀                                    
{                                            
Flash_RD=0;      file://準(zhǔn)備好讀入                 
#pragma asm    file://嵌入?yún)R編，插入2個(gè)機(jī)器周期                              
NOP                                         
NOP 
#pragma endasm//結(jié)束匯編

 ACC=P0;     file://把P0口讀出的值存入ACC寄存器
   #pragma asm//嵌入?yún)R編，插入2個(gè)機(jī)器周期
   NOP 
   NOP
   #pragma endasm//結(jié)束匯編
Flash_RD=1;    file://不再讀入   
SendData();     file://串口發(fā)送數(shù)據(jù)
k--;
}
  }
Flash_CE=1;     file://不再片選
}

    3）寫(xiě)flash：和讀操作不一樣的是，寫(xiě)操作有兩個(gè)命令字：0X80和0X10，寫(xiě)入0X80后，表示將向寄存器中寫(xiě)入數(shù)據(jù)，如果再鍵入0X10則Flash中的控制器將寄存器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。寫(xiě)操作時(shí)，將欲寫(xiě)入數(shù)據(jù)的地址與錯(cuò)誤扇區(qū)表相對(duì)照，看是否在表中。如果在表中，則將頁(yè)指針地址加十六（即換到下一個(gè)Block中），再對(duì)照，循環(huán)操作直到找到不在表中的地址。以此保證所寫(xiě)的地址都是有效地址。具體過(guò)程：選中Flash,通過(guò)I/O口寫(xiě)入寫(xiě)命令字，寫(xiě)入所要編程數(shù)據(jù)地址，置寫(xiě)信號(hào)有效。（寫(xiě)時(shí)序見(jiàn)圖五

*unsignedchar AssertBlock(unsigned char a)// 與記錄壞塊的表相對(duì)照的子程序
{
 unsigned char i=0;
while (i!=invalidblockbound+1)// invalidblockbound是無(wú)效塊的總數(shù)
{
  while(a!=*InvalidBlockAddress++)//當(dāng)未遍歷到最后一個(gè)無(wú)效塊時(shí),就繼續(xù)核對(duì)

{
     i++;
      }
}
 if(i!=invalidblockbound+2)
 return 1;//無(wú)效的塊
 else
return 0;//有效的塊
}

void Write(void)//寫(xiě)操作   
{
unsigned char h;
if(first)//當(dāng)開(kāi)始對(duì)一頁(yè)進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，first=1,否則為0
{
Flash_CE=0;     file://片選
WriteCommand(0x80);   file://寫(xiě)命令0x80
*uchar AssertBlock(startpage/16) file://與記錄壞塊的表相對(duì)照
WriteAddress(0x00,startpage);  file://寫(xiě)地址
first=0;
}
for(h=0;h!=16;h++)
WriteData(output[h]);   file://寫(xiě)入寄存器處理好的GPS數(shù)據(jù)   
if(FlagWrite)//當(dāng)寄存器中數(shù)據(jù)滿528字節(jié)（1頁(yè)）時(shí)，F(xiàn)lagWrite＝1，否則為0
{
WriteCommand(0x10);//將數(shù)據(jù)寫(xiě)入flash
while(!Flash_RB)  file://等待讀信號(hào)有效
{
}
  WriteCommand(0x70); file://讀狀態(tài)量
 Delay10us();
 Flash_RD=0; file://準(zhǔn)備好讀入
  #pragma asm//嵌入?yún)R編，插入兩個(gè)機(jī)器周期
 nop
 nop
 #pragma endasm//結(jié)束匯編
 ACC=P0;
 ACC=ACC&0x01;
    Flash_RD=1;
   if(ACC!=0)   file://若最后一位不為零
{
      *(InvalidBlockAddress+j)=startpage/16; file://存儲(chǔ)無(wú)效塊空間的首地址
      startpage=startpage+16; file://讀下一個(gè)塊的第一個(gè)扇區(qū)看是否是有效的扇區(qū)
}
Flash_CE=1; file://結(jié)束片選
startpage++; file://寫(xiě)下一頁(yè)
first=1;
}
}
4）擦除：以塊為單位進(jìn)行擦除。前后有兩條擦除命令以保證不會(huì)被意外擦除。

 void FlashErase(uint a)
{
  unsigned int blockcount;
   Flash_CE=0;//片選
  for(blockcount=0;blockcount!=a;blockcount++)//尋找被擦除的塊
{
   WriteCommand(0x60);//塊擦除預(yù)命令
   WriteAddresspage(16*blockcount);
   WriteCommand(0xD0);//塊擦除確認(rèn)命令
   while(Flash_RB!=1)
   {
   }
   WriteCommand(0x70);//讀擦除狀態(tài)命令
 Delay10us();
 Flash_RD=0;
      #pragma asm//嵌入?yún)R編，插入3個(gè)機(jī)器周期
 nop
 nop
 nop
 #pragma endasm//結(jié)束匯編
 ACC=P0;
  #pragma asm//嵌入?yún)R編，插入1個(gè)機(jī)器周期
  nop
  #pragma endasm//結(jié)束匯編
  Flash_RD=1;
  ACC=ACC&0x01;
 if(ACC!=0)//擦除失敗
  {
    *InvalidBlockAddress=blockcount;//記錄壞的塊
      InvalidBlockAddress++;
      j++;
}
    }
 Flash_CE=1;//不再片選
 }
5）flash管理：主要包括記錄無(wú)效的塊，flash空間檢測(cè)以及空間的整理。（在此以flash整理流程圖為例）
（1）開(kāi)始flash整理程序；（2）掃描整個(gè)物理空間，取得已使用的扇區(qū)數(shù)N；（3）從第i個(gè)已使用的扇區(qū)讀起，初始化i=1；（4）看扇區(qū)的地址是否連續(xù)；（5）如果連續(xù)就讀下一個(gè)扇區(qū)，如果讀到最后一個(gè)已使用的扇區(qū)就結(jié)束；（6）如果不是最后一個(gè)已使用的扇區(qū)，就跳到步驟（3）；（7）如果物理扇區(qū)不連續(xù)，則取得此扇區(qū)所在塊k的地址指針；（8）掃描到空閑塊j并取得其地址指針；（9）將k中所有的已寫(xiě)扇區(qū)移至j中，擦除塊k；（10）擦除有效嗎（11）若無(wú)效則將此塊記為無(wú)效塊，并進(jìn)行（12）步；（12）若有效則判斷讀到最后一個(gè)扇區(qū)了嗎？（13）若沒(méi)有跳至步驟（3）；（14）若是最后一個(gè)已寫(xiě)扇區(qū)，則結(jié)束整理程序。