flash接口電路的實(shí)現(xiàn)

0引言

我們?cè)谶M(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，根據(jù)需求，要設(shè)計(jì)出特定的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，而嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包含硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)部分，并且這兩部分設(shè)計(jì)是互相關(guān)聯(lián)、密不可分的，嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)常需要在硬件和軟件設(shè)計(jì)之間進(jìn)行權(quán)衡與折中。因此，這就要求嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者具有較深厚的硬件和軟件基礎(chǔ)，并具有熟練應(yīng)用的能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，硬件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和核心，而各功能部件在整個(gè)設(shè)計(jì)中的調(diào)試又是該環(huán)節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文詳細(xì)介紹嵌入式系統(tǒng)Flash存儲(chǔ)器的接口電路的調(diào)試。

1 Flash存儲(chǔ)器接口電路的引腳信號(hào)及各項(xiàng)特性

1.1 Flash存儲(chǔ)器接口電路的特點(diǎn)

Flash存儲(chǔ)器是一種可在系統(tǒng)（In-System）中進(jìn)行電擦寫，掉電后信息不會(huì)丟失的存儲(chǔ)器。它具有低功耗、大容量、擦寫速度快、可整片或分扇區(qū)在系統(tǒng)編程（燒寫）、擦除等特點(diǎn)，并且可由內(nèi)部嵌入算法完成對(duì)芯片的操作，因而在各種嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。作為一種非易失性存儲(chǔ)器，F(xiàn)lash在系統(tǒng)中通常用于存放程序代碼、常量表以及一些在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)等。常用的Flash為8位或16位數(shù)據(jù)寬度，編程電壓為單3.3V。主要有ATMEL、AMD、HYUNDAI等生產(chǎn)廠商，他們生產(chǎn)的同型器件一般具有相同的電氣特性和封裝形式，可通用。

1.2以HY57V641620為例的SDRAM接口電路的基本特性

本文以Flash存儲(chǔ)器HY29LV160為例，簡(jiǎn)要描述一下Flash存儲(chǔ)器的基本特性：

HY29LV160的單片存儲(chǔ)容量為16M位（2M字節(jié)），工作電壓為2.7V～3.6V，采用48腳TSOP封裝或48腳FBGA封裝，16位數(shù)據(jù)寬度，可以以8位（字節(jié)模式）或16位（字模式）數(shù)據(jù)寬度的方式工作。

HY29LV160僅需單3V電壓即可完成在系統(tǒng)的編程與擦除操作，通過對(duì)其內(nèi)部的命令寄存器寫入標(biāo)準(zhǔn)的命令序列，可對(duì)Flash進(jìn)行編程（燒寫）、整片擦除、按扇區(qū)擦除以及其它操作。

HY29LV160的邏輯框圖、引腳分布及信號(hào)描述分別如圖1和表1所示：

圖1 HY29LV160引腳分布（TSOP48封裝）

表1 HY29LV160的引腳信號(hào)描述

引 腳

類型

描 述

A[19:0]

I

地址總線。在字節(jié)模式下，DQ[15]/A[-1]用作21位字節(jié)地址的最低位。

DQ[15]/A[-1]

DQ[14:0]

I/O

三態(tài)

數(shù)據(jù)總線。在讀寫操作時(shí)提供8位或16位數(shù)據(jù)的寬度。在字節(jié)模式下，DQ[15]/A[-1]用作21位字節(jié)地址的最低位，而DQ[14:8]處于高阻狀態(tài)。

BYTE#

I

模式選擇。低電平選擇字節(jié)模式，高電平選擇字模式

CE#

I

片選信號(hào)，低電平有效。在對(duì)HY29LV160進(jìn)行讀寫操作時(shí)，該引腳必須為低電平，當(dāng)為高電平時(shí)，芯片處于高阻旁路狀態(tài)

OE#

I

輸出使能低電平有效輸出使能，低電平有效。在讀操作時(shí)有效，寫操作時(shí)無效。

WE#

I

低電平有效寫使能，低電平有效。在對(duì)HY29LV160進(jìn)行編程和擦除操作時(shí)，控制相應(yīng)的寫命令。

RESET#

I

硬件復(fù)位，低電平有效。對(duì)HY29LV160進(jìn)行硬件復(fù)位。當(dāng)復(fù)位時(shí)，HY29LV160立即終止正在進(jìn)行的操作。

RY/BY#

O

用就緒/忙 狀態(tài)指示。用于指示寫或擦除操作是否完成。當(dāng)HY29LV160正在進(jìn)行編程或擦除操作時(shí)，該引腳位低電平，操作完成時(shí)為高電平，此時(shí)可讀取內(nèi)部的數(shù)據(jù)。

VCC

--

3.3V電源

VSS

--

接地

1.3 以HY29LV160為例的Flash接口電路的使用方法

下面，我們使用HY29LV160來構(gòu)建存儲(chǔ)系統(tǒng)。由于ARM微處理器的體系結(jié)構(gòu)支持8位/16位/32位的存儲(chǔ)器系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)的可以構(gòu)建8位、16位、32位的Flash存儲(chǔ)器系統(tǒng)。32位的存儲(chǔ)器系統(tǒng)具有較高的性能，而16位的存儲(chǔ)器系統(tǒng)則在成本及功耗方面占有優(yōu)勢(shì)，而8位的存儲(chǔ)器系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)很少使用。下面主要介紹16位和32位的Flash存儲(chǔ)器系統(tǒng)的構(gòu)建。

1.3.1.16位的FLASH存儲(chǔ)器系統(tǒng)

在大多數(shù)的系統(tǒng)中，選用一片16位的Flash存儲(chǔ)器芯片（常見單片容量有1 MB 、2MB 、4MB 、8MB 等）構(gòu)建16位Flash的存儲(chǔ)系統(tǒng)已經(jīng)足夠，在此采用一片HY29LV160構(gòu)建16位的Flash存儲(chǔ)器系統(tǒng)，其存儲(chǔ)容量為2MB。Flash存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中通常用于存放程序代碼，系統(tǒng)上電或復(fù)位后從此處獲取指令并開始執(zhí)行，因此，應(yīng)將存有程序代碼的Flash存儲(chǔ)器配置到ROM/SRAM/FLASH Bank0，即將S3C4510B的nRCS<0>（Pin75）接至HY29LV160的CE＃端。

HY29LV160的RESET＃端接系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)；

OE＃端接S3C4510B的nOE（Pin72）；

WE＃端S3C4510B的nWBE<0>（Pin100）；

BYTE＃上拉，使HY29LV160工作在字模式（16位數(shù)據(jù)寬度）；

RY/BY#指示HY29LV160編程或擦除操作的工作狀態(tài)，但其工作狀態(tài)也可通過查詢片內(nèi)的相關(guān)寄存器來判斷，因此可將該引腳懸空；

地址總線[A19～A0]與S3C4510B的地址總線[ADDR19～ADDR0]相連；

16位數(shù)據(jù)總線[DQ15~DQ0]與S3C4510B的低16位數(shù)據(jù)總線[XDATA15~XDATA0]相連。

注意此時(shí)應(yīng)將S3C4510B的B0SIZE[1:0]置為“10”，選擇ROM/SRAM/FLASH Bank0為16位工作方式。

1.3.2. 32位的FLASH存儲(chǔ)器系統(tǒng)

作為一款32位的微處理器，為充分發(fā)揮S3C4510B的32性能優(yōu)勢(shì)，有的系統(tǒng)也采用兩片16位數(shù)據(jù)寬度的Flash存儲(chǔ)器芯片并聯(lián)（或一片32位數(shù)據(jù)寬度的Flash存儲(chǔ)器芯片）構(gòu)建32位的Flash存儲(chǔ)系統(tǒng)。其構(gòu)建方式與16位的Flash存儲(chǔ)器系統(tǒng)相似。

采用兩片HY29LV16并聯(lián)的方式構(gòu)建32位的FLASH存儲(chǔ)器系統(tǒng)，其中一片為高16位，另一片為低16位，將兩片HY29LV16作為一個(gè)整體配置到ROM/SRAM/FLASH Bank0，即將S3C4510B的nRCS<0>（Pin75）接至兩片HY29LV16的CE＃端；

兩片HY29LV160的RESET＃端接系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)；

兩片HY29LV160的OE＃端接S3C4510B的nOE（Pin72）；

低16位片的WE＃端接S3C4510B的nWBE<0>（Pin100），高16位片的WE＃端接S3C4510B的nWBE<2>（Pin102）；
兩片HY29LV160的BYTE＃均上拉，使之均工作在字模式；

兩片HY29LV160的地址總線[A19～A0]均與S3C4510B的地址總線[ADDR19～ADDR0]相連；

低16位片的數(shù)據(jù)總線與S3C4510B的低16位數(shù)據(jù)總線[XDATA15~XDATA0]相連，高16位片的數(shù)據(jù)總線與S3C4510B的高16位數(shù)據(jù)總線[XDATA31~XDATA16]相連。

注意此時(shí)應(yīng)將S3C4510B的B0SIZE[1:0]置為“11”，選擇ROM/SRAM/FLASH Bank0為32位工作方式。

2.S3C4510B系統(tǒng)管理器關(guān)于存儲(chǔ)器映射的工作原理

當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作完成時(shí)，必須經(jīng)過仔細(xì)的調(diào)試，才能保證系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)意圖正常工作。盡管系統(tǒng)的調(diào)試與個(gè)人對(duì)電路工作原理的理解和實(shí)際的電路調(diào)試經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系，但一定的調(diào)試方法也是必不可少的。掌握正確的調(diào)試方法可使調(diào)試工作變得容易，大大縮短系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間，反之，可能會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)前功盡棄，以失敗告終。

在系統(tǒng)的兩類存儲(chǔ)器中，SDRAM相對(duì)于FLASH存儲(chǔ)器控制信號(hào)較多，似乎調(diào)試應(yīng)該困難一些，但由于SDRAM的所有刷新及控制信號(hào)均由S3C4510B片內(nèi)的專門部件控制，無需用戶干預(yù)，在S3C4510B正常工作的前提下，只要連線無誤，SDRAM就應(yīng)能正常工作，反之，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器的編程、擦除操作均需要用戶編程控制，且程序還應(yīng)在SDRAM中運(yùn)行，因此，應(yīng)先調(diào)試好SDRAM存儲(chǔ)器系統(tǒng)，再進(jìn)行Flash存儲(chǔ)器系統(tǒng)的調(diào)試。

基于S3C4510B系統(tǒng)的最大可尋址空間為64MB，采用統(tǒng)一編址的方式，將系統(tǒng)的SDRAM、SRAM、ROM、Flash、外部I/O以及片內(nèi)的特殊功能寄存器和8K一體化SRAM均映射到該地址空間。為便于使用與管理，S3C4510B又將64MB的地址空間分為若干個(gè)組，分別由相應(yīng)的特殊功能寄存器進(jìn)行控制：

（1） ROM/SRAM/Flash組0～ROM/SRAM/Flash組5，用于配置ROM、SRAM或Flash，分別由特殊功能寄存器ROMCON0～ROMCON5控制；

（2）DRAM/SDRAM組0～DRAM/SDRAM組3用于配置DRAM或SDRAM，分別由特殊功能寄存器DRAMCON0～DRAMCON3控制；

（3）外部I/O組0～外部I/O組3用于配置系統(tǒng)的其他外擴(kuò)接口器件，由特殊功能寄存器REFEXTCON控制；

（4）特殊功能寄存器組用于配置S3C4510B片內(nèi)特殊功能寄存器的基地址以及片內(nèi)的8K一體化SRAM，由特殊功能寄存器SYSCFG控制；

在系統(tǒng)中，使用了Flash存儲(chǔ)器和SDRAM，分別配置在ROM/SRAM/FLASH組0和DRAM/SDRAM組0，暫未使用外擴(kuò)接口器件。

3基于S3C4510B的嵌入式系統(tǒng)Flash存儲(chǔ)器接口電路的調(diào)試

Flash存儲(chǔ)器的調(diào)試主要包括Flash存儲(chǔ)器的編程（燒寫）和擦除，與一般的存儲(chǔ)器件不同，用戶只需對(duì)Flash存儲(chǔ)器發(fā)出相應(yīng)的命令序列，F(xiàn)lash 存儲(chǔ)器通過內(nèi)部嵌入的算法即可完成對(duì)芯片的操作，由于不同廠商的Flash存儲(chǔ)器在操作命令上可能會(huì)有一些細(xì)微的差別，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器的編程與擦除工具一般不具有通用性，這也是為什么Flash接口電路相對(duì)較難調(diào)試的原因之一，因此，應(yīng)在理解Flash存儲(chǔ)器編程和擦除的工作原理的情況下，根據(jù)不同型號(hào)器件對(duì)應(yīng)的命令集，編寫相應(yīng)的程序?qū)ζ溥M(jìn)行操作。

若使用SDT調(diào)試環(huán)境，調(diào)試過程與上述步驟相似。

>obey C:memmap.txt

打開AXD Debugger的命令行窗口，執(zhí)行obey命令：

此時(shí)，2MB的Flash存儲(chǔ)器映射到地址空間的0x0000,0000～0x001F,FFFF處，選擇菜單Processor Views→Memory選項(xiàng)，出現(xiàn)存儲(chǔ)器窗口，在存儲(chǔ)器起始地址欄輸入Flash存儲(chǔ)器的映射起始地址：0x0,數(shù)據(jù)區(qū)應(yīng)顯示Flash存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，若Flash存儲(chǔ)器為空，所顯示的內(nèi)容應(yīng)全為0xFF,否則應(yīng)為已有的編程數(shù)據(jù)。雙擊其中的任一數(shù)據(jù)，輸入新的值，對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容應(yīng)不能被修改，此時(shí)可初步認(rèn)定Flash存儲(chǔ)器已能被訪問，但是否能對(duì)其進(jìn)行正確的編程與擦除操作，還需要編程驗(yàn)證，通過程序?qū)lash存儲(chǔ)器進(jìn)行編程和擦除操作。

4結(jié)束語(yǔ)

這樣整個(gè)基于的嵌入式系統(tǒng)Flash存儲(chǔ)器接口電路的調(diào)試基本上完成了，當(dāng)然對(duì)于不同的系統(tǒng)，操作是略有不同的，我們可以根據(jù)所要開發(fā)或使用的嵌入式系統(tǒng)模式，進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，保證我們正確的使用Flash存儲(chǔ)器。