K9F2G08U0M 原厂原装正品,长期供应

新型超大容量超大容量Flash存储器K9F2G08U0M的基本组织结构,给出了存储器与C8051F020单片机外部存储器接口存储器接口(EMIF)的硬件连接方式以及存储器的主要操作流程和部分C语言代码。

关键词: K9F2G08U0M 外部存储器接口  管道通径仪

 

闪存(Flash Memory)是一种可以进行电擦写并且掉电后信息不丢失(非易失,Non-Volatile)的存储器,具有功耗低、擦写速度快等特点,被广泛应用于外部存储领域。管道运输作为当前油气资源的主要输送手段,其运行安全性受到越来越多的重视。由于不同的要求使得铺设的管道直径不尽相同,并且管道在长期运行过程中也会存在各种变形,这对管道缺陷检测器的运行有相当大的影响,容易造成卡死等后果。通径仪就是鉴于此研制的记录管径变动情况的仪器。一般情况下,通径仪连续运行几百公里,相应记录的数据将达到上百兆字节。32MB、64MB的闪存已经不能满足需求。因此选用了Samsung公司开发的K9F2G08U0M,其单片容量高达264MB,可满足工程需求。本文将介绍该存储器的主要性能及其在管道通径仪中的应用。1 K9F2G08U0M存储器简介从接口角度看,虽然K9F2G08U0M的容量和寻址范围远远超过常见单片机的容量和寻址范围,但由于芯片上的写控制器能自动控制所有编程和擦除功能,提供必要的重复脉冲、内部确认和数据空间,而且只通过I/OI/O接口接收单片机的命令和数据而不需要地址线,因此实际操作起来非常方便。另外芯片是通过“与非”单元结构增大容量,所以没有因此而削弱自身性能;芯片具有独立的1页大小的数据存储器和缓存存储器,因此可以在0.2ms内完成2112B的页编程操作,在2ms内完成128KB的块擦除操作,同时数据区内的数据能以30ns/B的速度读出。整个存储区被分为2 048个相互独立的块,可从逻辑上和物理上对块的组织结构分类。图1为块的逻辑结构,每个块分为64页,每页为2 112B(2 048B+额外存储区的64B)。芯片通过页地址和页内字节地址访问每一个字节。通常页地址称为行地址行地址,而页内字节地址称为列地址,即264MB=2048块×64页/块×2112字节/页=217行×2112列。因此,行地址需要3个字节,列地址2个字节,输入顺序如表1所示。

 

 

从物理结构上看,该芯片为“与非”结构存储器,每个块由两个“与非”结构串组成,每个“与非”结构串包含16 896个“与非”结构,每个“与非”结构由32个基本单元(每个基本单元为1位)组成,这32个基本单元分别位于不同的页内,由此得到每个块的物理结构,。

 

2 硬件连接设计管道通径仪的结构框图。管道检测时MCU采集

参数并存储在Flash中,检测完毕后通过USB接口传输至上位机进行数据分析。

 

如前所述,对K9F2G08U0M的操作可以通过只向I/O接口发送数据(包括命令码、行列地址码等)来实现,因此最直接的方式是使用单片机的一个端口作为与芯片的数据接口,并以单片机的GPIO引脚连接CE、ALE、CLE以及,编程时按照手册中的时序图控制这些引脚。但是由于每次操作这些引脚都需要大量的控制线电平转换,使程序十分繁冗。由于C8051F020提供了外部存储器接口(EMIF),而接口时序由EMIF硬件产生,使其对片外扩展的器件操作像对内存单元的寻址一样简便快捷。下面采用这种硬件连接方式,对K9F2G08U0M的主要操作进行介绍。电路,C8051F020只画出了EMIF接口部分,选用非复用方式,以IO7~0作为数据线,CE、ALE、CLE作为地址线。由于通径仪中需要随时写入数据,因此写保护端接高电平。采用外部存储器接口对器件编程时,最重要的是保证总线时序与器件时序一致。C8051F020的EMIF接口时序能够以系统时钟周期为单位编程,因此允许连接具有不同建立时间和保持时间要求以及不同/WR、/RD选通脉冲宽度的器件。

 

单片机EMIF在非复用方式,一次片外XRAM 操作的最小执行时间为5 个SysClk 周期(用于或 脉冲的1 个SysClk+4个额外SysClk)。若单片机系统采用20MHz晶振,一次MOVX操作的最小执行时间为250ns,而K9F2G08U0M交流参数中最小建立保持时间的上界为100ns,则即使采用EMI0TC最小的时序参数也不需要在程序中额外加入延时指令。3 软件设计本系统采用C语言编程,提高了开发速度并降低了维护难度。下面分别介绍存储器的主要操作。3.1 按页读K9F2G08U0M中有一个2112B即1页大小的数据寄存器,这就决定了存储器的读操作是以1页为基本单元进行的。,写入30H后,行地址所指定的页中的数据将在25?滋s内传输到数据寄存器中,然后在脉冲的作用下,不但可以从指定的列地址开始连续读到该页末尾,也可以按照流程图中的虚线部分输入随机读指令码,任意读取该页中的内容,并且不受次数限制。

 

下面是按页读操作函数的C语言代码。sbit RdyorBsy=P0^0;unsigned char xdata * data pK9F;void PageRead(unsigned int ColAdd,unsigned longRowAdd,unsigned int len){unsigned int i=0;unsigned char ColTemp,RowTemp;ColTemp=(unsigned char)(ColAdd>>8);RowTemp=(unsigned char)(RowAdd>>16);ColTemp &=0x0F;RowTemp &=0x01;

pK9F=0x8002; * pK9F=0x00;pK9F=0x8001; * pK9F=(unsigned char)(ColAdd); * pK9F=ColTemp; * pK9F=(unsigned char)(RowAdd); * pK9F=(unsigned char)(RowAdd>>8); * pK9F=RowTemp; pK9F=0x8002; * pK9F=0x30;

while(RdyorBsy);while(!RdyorBsy);pK9F=0x8000;for(i=0;i  OutputData[i]= * pK9F;}3.2 页编程向器

件写入数据时先将数据写入数据寄存器中,器件写入操作是基于页进行的,同时允许在一个页编程周期内对一页内的连续部分编程。若不进行擦除,则对同一页的连续部分编程不能超过4次。器件支持在1页范围内的随机数据输入,由随机输入命令码85H启动,,在1页范围内可以启动任意多次随机输入操作。数据输入完毕后,写入页编程确认命令10H,将数据寄存器中的内容写入存储区。写入完成后,需要读状态寄存器状态寄存器(通过写入70H实现)判断操作是否成功。若未能成功写入,应将当前块声明为坏块,并进行块数据替换操作,以保证整个系统的可靠性。此外应注意,同一块内页编程时必须从地址最低的页开始向高地址的页依次编程,页地址随机的页编程是被禁止的。下面是页编程子函数的C语言代码。

 

unsigned char PageWrite(unsigned int ColAdd,unsigned long RowAdd){unsigned int data i=0;unsigned char data Status=0;unsigned char data ColTemp,RowTemp;

ColTemp=(unsigned char)(ColAdd>>8);RowTemp=(unsigned char)(RowAdd>>16);ColTemp &=0x0F;RowTemp &=0x01;

pK9F=0x8002; * pK9F=0x80;pK9F=0x8001; * pK9F=(unsigned char)(ColAdd); * pK9F=ColTemp; * pK9F=(unsigned char)(RowAdd); * pK9F=(unsigned char)(RowAdd>>8); * pK9F=RowTemp;pK9F=0x8000;for(i=0;i  * pK9F=InputData[i];pK9F=0x8002;  * pK9F=0x10;

while(RdyorBsy);while(!RdyorBsy);

pK9F=0x8002; * pK9F=0x70;pK9F=0x8000;Status=* pK9F;Status &=0x01;return (Status);}3.3 块擦除擦除操作以块为单位进行,由于器件分为2 048块,因此输入的地址码中只有A18~A2的11位有效,其余位将被忽略。通过输入确认命令码来启动擦除以防止误操作。块擦除流程。同页编程操作类似,擦除完毕后也应该读状态寄存器并处理返回结果。

 

3.4 页复制页复制操作用来快速有效地实现页间数据移动,这是由于省去了比较费时的与片外设备之间的读写操作。这一特性的优势在块替换操作用于页间数据复制时体现尤为明显。其实该操作是按页读与页编程操作的复合,页复制读命令35H将页中数据移至数据寄存器中,而页复制写命令85H将数据复制到目标页中。页复制流程图。

 

该操作也可以将原始页中的数据修改后写入目标页,如流程图8中虚线框内部分。需要注意的是,页复制操作只能在奇数页之间或偶数页之间进行,奇偶页之间的数据移动将被禁止。3.5 缓存区编程芯片中除1页大小的数据寄存器外,还有一个1页大小的缓冲寄存器。该缓冲寄存器可以在数据寄存器参与页编程的同时接收外部数据,等待数据寄存器空闲时将数据转移其中,然后继续接收数据。因此,采用缓存区编程操作在连续写入多页数据时将会大大

提高效率。缓存区编程流程。当第一组数据写入缓冲寄存器时,写入缓存命令15H,将数据传递给数据寄存器并启动页编程,然后使缓冲寄存器空闲,准备接收下一组数据。在这个过程中芯片将处于忙状态,若内部编程操作未完成,忙状态持续的时间将被延长。

需要注意的是,该操作只能在同一块内进行,因此在多块数据写入时需要注意每块的最后一页。若系统仅仅通过芯片的Ready/Busy引脚监测编程进度,则最后一页的写入操作应该由页编程命令10H启动。另外也可以通过读状态寄存器中的I/O 5位来判断。K9F2G08U0M是一种新型的超大容量Flash存储器,以其非易失、功耗低、操作简单而在单片嵌入式系统中得到广泛应用。本文在管道通径仪的开发过程中,根据对外部存储器接口的深入理解,将存储器芯片的两个控制线ALE和CLE用作地址线,使得对存储器的操作更简捷高效。文中的程序已经过实际验证,限于篇幅,只给出按页读和页编程部分的代码。