基于NAND Flash的大容量立體封裝芯片在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　摘要: NAND Flash應(yīng)用的困難在于管理和需要特殊的系統(tǒng)接口。本文介紹了一種利用MCU存儲(chǔ)器管理接口結(jié)合I/O口來實(shí)現(xiàn)NAND Flash存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的搭建和管理的方法，并介紹底層的驅(qū)動(dòng)程序。

　　元件介紹

　　基于sparc 架構(gòu)的MCU

　　S698-MIL 是珠海歐比特控制工程股份有限公司為了滿足嵌入式應(yīng)用而開發(fā)的32 位RISC 高性能嵌入式微處理器，它遵循SPARC V8 構(gòu)架。

　　S698-MIL 內(nèi)部配置了32 位整數(shù)處理單元(IU)，32/64 位浮點(diǎn)處理單元(FPU)。

　　S698-MIL 的應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境具有很強(qiáng)的靈活性，除了可以使用歐比特公司提供的專用多任務(wù)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)ORION 外，開發(fā)者還可以選擇如RTEMS、VxWorks等現(xiàn)今流行的嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。

　　S698-MIL 可應(yīng)用于包括稅控收款機(jī)、銀行POS 機(jī)、電力系統(tǒng)等高端工業(yè)控制領(lǐng)域和消費(fèi)電子領(lǐng)域以及高性能高可靠的航空、航天及武器領(lǐng)域。

　　NAND Flash結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)芯片

　　目前的Flash memory 主要包括以下兩大類：針對(duì)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的NOR flash ;針對(duì)大容量存儲(chǔ)的NAND flash 。其中，NOR 的特點(diǎn)為芯片內(nèi)執(zhí)行(XIP，eXecute In Place)，這樣應(yīng)用程序可以直接在flash 閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM 中，隨機(jī)讀取快、功耗低、穩(wěn)定性高;而NAND 的特點(diǎn)為容量大、寫速度快、芯片面積小。

　　VDNF64G08是一個(gè)快速、高存儲(chǔ)密度的隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器。它由8個(gè)8G位的NAND Flash芯片堆疊而成，結(jié)構(gòu)見圖2。整個(gè)模塊采用堆疊技術(shù)，它們之間的互相連接線非常短，寄生電容小。這種芯片非常適用于高速、高性能、高容量的嵌入式系統(tǒng)中。

　　VDNF64G08對(duì)一個(gè)2048(+64)字節(jié)的頁(yè)進(jìn)行典型的編程操作只要200μs的時(shí)間，對(duì)一個(gè)128K(+4K)大小的塊進(jìn)行擦除需要1.5ms的時(shí)間，對(duì)頁(yè)中一個(gè)字節(jié)的讀周期為25ns。它的I/O管腳既作地址和數(shù)據(jù)的輸入輸出口，也作為命令的輸入口。VDNF64G08的片上寫控制器能自動(dòng)完成所有的編程、擦除功能包括產(chǎn)生所需的脈沖重復(fù)和內(nèi)部數(shù)據(jù)校驗(yàn)。VDNF64G08能擦除和編程百萬(wàn)次以上，并通過ECC 或?qū)崟r(shí)制定算法保證擦除和編程的可靠性。

　　硬件設(shè)計(jì)

　　由于S698沒有專用的NAND Flash的專用接口，所有NANDFlash與S698-mil的通信使用GPIO實(shí)現(xiàn)，NAND Flash的IO口與S698-mil的GPIO0低8位GPIO0[7 :0]連接，用于數(shù)據(jù)，地址，命令的傳輸。NAND Flash的片選信號(hào)使用S698-mil的低3位地址線ADD[2 :0]，通過3-8譯碼實(shí)現(xiàn)，其中3-8譯碼器使用S698-mil的IOCS0控制工作，防止對(duì)VDNF64G08的誤操作。VDNF64G08的讀寫信號(hào)直接與S698-mil的讀寫信號(hào)相連，如果線路較長(zhǎng)可以考慮串聯(lián)一個(gè)49.9R的電阻。命令鎖存CLE，地址鎖存ALE分別使用S698-mil的地址線ADD[3]，ADD[4]。狀態(tài)信號(hào)RB上拉10kΩ電阻到電源，不再與S698-mil相連，VDNF64G08的狀態(tài)信息通過IO口讀寄存器實(shí)現(xiàn)，以節(jié)約S698-mil的端口資源。寫保護(hù)端口上拉10kΩ到電源，否則不可擦除及編程。相關(guān)連接見圖2。