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  mable Read-Only-Memory电可编程序只读存储器)和EEPROM(电可擦只读存储器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory)一统天下的局面。紧接着,1989年,

  公司发表了NAND Flash 结构,强调降低每比特的成本,有更高的性能,并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。NOR Flash 的特点是芯片内执行(XIP ,eXecu

  In Place),这样应用程序可以直接在Flash闪存内运行,不必再把代码读到系统RAM中。NOR 的传输效率很高,在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益,但是很低的写入和擦除速度大大影响到它的性能。NAND的结构能提供极高的单元密度,可以达到高存储密度,并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于Flash的管理需要特殊的系统接口。

  flash闪存是非易失存储器,可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行,所以大多数情况下,在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件执行擦除操作是十分简单的,而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。

  由于擦除NOR器件时是以64~128KB的块进行的,执行一个写入/擦除操作的时间为5s,与此相反,擦除NAND器件是以8~32KB的块进行的,执行相同的操作最多只需要4ms。

  执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NAND之间的性能差距,统计表明,对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时),更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进行。这样,当选择存储解决方案时,设计师必须权衡以下的各项因素。

  此外,NAND的实际应用方式要比NOR复杂的多。NOR可以直接使用,并可在上面直接运行代码;而NAND需要I/O接口,因此使用时需要驱动程序。不过当今流行的操作系统对NAND结构的Flash都有支持。此外,

  NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR flash技术,彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。紧接着,1989年,东芝公司发表了NAND flash结构,强调降低每比特的成本,更高的性能,并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。但是经过了十多年之后,仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR和NAND闪存。

  像“flash存储器”经常可以与相“NOR存储器”互换使用。许多业内人士也搞不清楚NAND闪存技术相对于NOR技术的优越之处,因为大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码,这时NOR闪存更适合一些。而NAND则是高数据存储密度的理想解决方案。

  NOR的特点是芯片内执行(XIP, eXecute In Place),这样应用程序可以直接在flash闪存内运行,不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高,在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益,但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。

  NAND结构能提供极高的单元密度,可以达到高存储密度,并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于flash的管理需要特殊的系统接口。

  NOR flash带有SRAM接口,有足够的地址引脚来寻址,可以很容易地存取其内部的每一个字节。

  NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据,各个产品或厂商的方法可能各不相同。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。

  NAND读和写操作采用512字节的块,这一点有点像硬盘管理此类操作,很自然地,基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。

  NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半,由于生产过程更为简单,NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量,也就相应地降低了价格。

  NOR flash占据了容量为1~16MB闪存市场的大部分,而NAND flash只是用在8~128MB的产品当中,这也说明NOR主要应用在代码存储介质中,NAND适合于数据存储,NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC(多媒体存储卡Mul

  采用flash介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性。对于需要扩展MTBF(平均故障间隔时间Mean Time Between F

  lures)的系统来说,Flash是非常合适的存储方案。可以从寿命(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较NOR和NAND的可靠性。

  在NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次,而NOR的擦写次数是十万次。NAND存储器除了具有10比1的块擦除周期优势,典型的NAND块尺寸为NOR器件的八分之一,每个NAND存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。

  NOR FLASH 是很常见的一种存储芯片,数据掉电不会丢失.NOR FLASH支持Execute On Chip,即程序可以直接在FLASH片内执行(这意味着存储在NOR FLASH上的程序不需要复制到RAM就可以直接运行)。这点和NAND FLASH不一样。因此,在嵌入式系统中,NOR FLASH很适合作为启动程序的存储介质.NOR FLASH的读取和RAM很类似(只要能够提供数据的地址,数据总线就能够正确的给出数据),但不可以直接进行写操作。对NOR FLASH的写操作需要遵循特定的命令序列,最终由芯片内部的控制单元完成写操作。

  从支持的最小访问单元来看,NOR FLASH一般分为 8 位的和16位的(当然,也有很多NOR FLASH芯片同时支持8位模式和是16 位模式,具体的工作模式通过特定的管脚进行选择)。

  FLASH一般都分为很多个SECTOR,每个SECTOR包括一定数量的存储单元。对有些大容量的FLASH,还分为不同的BANK,每个BANK包括一定数目的SECTOR.FLASH的擦除操作一般都是以SECTOR,BANK或是整片FLASH为单位的。

  在对FLASH进行写操作的时候,每个BIT可以通过编程由1变为0,但不可以有0修改为1.为了保证写操作的正确性,在执行写操作前,都要执行擦除操作。擦除操作会把FLASH的一个SECTOR,一个BANK或是整片FLASH的值全修改为0xFF.这样,写操作就可以正确完成了。

  由于NOR FLASH没有本地坏区管理,所以一旦存储区块发生毁损,软件或驱动程序必须接手这个问题,否则可能会导致设备发生异常。 在解锁、抹除或写入NOR FLASH区块时,特殊的指令会先写入已绘测的记忆区的第一页(Page)。接着快闪记忆芯片会提供可用的指令清单给实体驱动程序,而这些指令是由一般性闪存接口(CommON FLASH memory Interface, CFI)所界定的。 与用于随机存取的ROM不同,NOR FLASH也可以用在存储设备上;不过与NAND FLASH相比,NOR FLASH的写入速度一般来说会慢很多。

  以下内容,如无特别说明,处理器指的是ARM处理器,FLASH 指的都是 NOR FLASH.另外,BYTE指的是8-BIT的数据单元,HALF-WORD代表的是16-BIT的数据单元,而WORD 则代表了32-BIT的数据单元。

  ARM 可以说是目前最流行的32位嵌进式处理器。在这里只提一下ARM处理器的寻址,为后面做个展垫。从处理器的角度来看,系统中每个地址对应的是一个BYTE的数据单元。这和很多别的处理器都是一样的。

  从前面的先容,我们知道从处理器的角度来看,每个地址对应的是一个 BYTE 的数据单元。而,NOR FLASH 的每个地址有可能对应的是一个BYTE的数据单元,也有可能对应的是一个HALF-WORD的数据单元。所以在硬件设计中,连接ARM处理器和 NOR FLASH时,必须根据实际情况对地址信号做特别的处理。

  假如ARM处理器外部扩展的是8-BIT的NOR FLASH, 数据线和地址线所示。 从图中我们可以看到,处理器的数据信号D0-D7和 FLASH的数据信号D0-D7是逐一对应连接的,处理器的地址信号A0-An和NOR FLASH的地址信号A0-An 也是逐一对应连接的。

  假如ARM处理器外部扩展的是16-BIT的NOR FLASH, 地址线给了一个ARM处理器和16-BIT NOR FLASH的连接示意图。如图2所示,ARM处理器的数据信号D0-D15和FLASH 的数据信号D0-D15是逐一对应的。而ARM处理器的地址信号和NOR FLASH 的地址信号是错位连接的,ARM的A0悬空,ARM 的A1 连接FLASH 的A0,ARM 的A2连接FLASH的A1,依次类推。需要错位连接的原因是:ARM处理器的每个地址对应的是一个BYTE 的数据单元,而 16-BIT 的 FLASH 的每个地址对应的是一个HALF-WORD(16-BIT)的数据单元。为了保持匹配,所以必须错位连接。这样,从ARM处理器发送出来的地址信号的最低位A0对16-BIT FLASH来说就被屏蔽掉了。

  一般来说,ARM处理器内部要设置相应的寄存器,告诉处理器外部扩展的FLASH的位宽(8-BIT/16-BIT/32-BIT) 。这样,处理器才知道在访问的时候如何从FLASH正确的读取数据;

  有些ARM处理器内部可以设置地址的错位。对于支持软件选择地址错位的处理器,在连接16-BIT FLASH的时候,硬件上可以不需要把地址线错位。读者设计的时候,请参考MCU的数据手册,以手册为准,以免造成不必要的麻烦;

  假如处理器支持内部设置地址错位,在实际访问的时候,送出的地址实际上是在MCU内部做了错位处理,其作用是等效于硬件连接上的错位的。

  ARM处理器在地址线-BIT FLASH在自己的地址信号An-A0上看到的地址是0x0,然后将地址0x0对应的16-BIT数据单元输出到D15-D0上;

  ARM处理器知道访问的是16-BIT的FLASH,从D7-D0上读取所需要的一个BYTE的数据。

  ARM处理器在地址线-BIT FLASH在自己的地址信号An-A0上看到的地址依然是0x0, 然后将地址0x0对应的16-BIT数据单元输出到D15-D0上;

  从软件的角度来理解ARM处理器和 FLASH的连接。对于8-BIT的FLASH的连接,很好理解,由于ARM处理器和8-BIT FLASH的每个地址对应的都是一个 BYTE 的数据单元。所以地址连接毫无疑问是逐一对应的。假如 ARM 处理器连接的是 16-BIT 的处理器,由于 ARM 处理器的每个地址对应的是一个 BYTE 的数据单元,而 16-BIT FLASH 的每个地址对应的是一个 HALF-WORD 的16-BIT的数据单元。所以,也毫无疑问,ARM处理器访问16-BIT处理器的时候,地址肯定是要错开一位的。在写FLASH驱动的时候,我们不需要知道地址错位是由硬件实现的,还是是通过设置ARM处理器内部的寄存器来实现的,只需要记住2点:

  下面,我们来看看如何实现基本的擦除和编程操作。在本节后面的描述中,我们使用了下面的2 个定义:

  还是以 *SysAddr16(0x10000000, 0x1) = 0xABCD 为例,FLASH看到的地址是多少呢?接着分析.ARM 处理器在执行操纵的时候,会设置好相应的FLASH片选使能信号,并在ARM的地址信号An-A0上输出 0x2.由于 ARM和 16-BIT FLASH的地址信号的连接是错开一位的, 所以, FLASH终极在自己的地址An-A0上看到的信号是0x1, 相当于将ARM处理器输出的地址往右做了一个移位操纵,恰好对应的是FLASH的第1 个HALF-WORD.同时,FLASH会在自己的D15-D0上看到数据0xABCD.

  在SST39VF160的命令定义中,所有的地址都是针对FLASH的HALF-WORD地址,指的是在FLASH自己的地址信号An-A0上看到的地址。

  上面的代码中第6个操纵周期中的ADDR 是从ARM处理器的角度来看的BYTE地址,由于在擦除的时候,用户希看指定的是从 ARM 的角度看到的地址,这样更方便和更直观。而在 SysAddr16 的宏定义中,OFFSET 表示的是相对于FLASH起始地址的 HALF-WORD 偏移量,或是FLASH在自己的地址信号An-A0上看到的地址。所以需要执行一个右移操作,把ADDR转换成 HALF-WORD 地址。

  上面的代码中第4个操作周期中的ADDR是从ARM处理器的角度来看的BYTE地址, 由于在执行写操作的时候,用户希看指定的是从 ARM 的角度看到的地址,这样会更方便和更直观。而在 SysAddr16 的宏定义中,OFFSET表示的是相对于FLASH起始地址的HALF-WORD偏移量。 所以需要执行一个右移操纵, 把它转换成HALF-WORD地址。

  又如要将数据0x4567写到地址0x2处, 对应的是FLASH的第1个 HALF-WORD, 对应的HALF-WORD地址应该是0x1, 上面代码的第4条指令应该是:

  再如要将数据0x89AB写到地址0x4处, 对应的是FLASH的第2个HALF-WORD, 对应的HALF-WORD地址应该是0x2,上面代码的第4条指令应该是:

  以上简单介绍了NOR FLASH原理,以及如何对NOR FLASH进行操作, 但没有包括状态查询, 保护等其他操纵。 对于更复杂的多片FLASH并联的情况也没有讨论,如有需要者,可自行分析.

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