摘 要： 新型超大容量Flash存儲器K9F2G08U0M的基本組織結(jié)構(gòu)，給出了存儲器與C8051F020單片機外部存儲器接口(EMIF)的硬件連接方式以及存儲器的主要操作流程和部分C語言代碼。
關(guān)鍵詞： K9F2G08U0M 外部存儲器接口 管道通徑儀
閃存(Flash Memory)是一種可以進行電擦寫并且掉電后信息不丟失(非易失，Non-Volatile)的存儲器，具有功耗低、擦寫速度快等特點，被廣泛應(yīng)用于外部存儲領(lǐng)域。
管道運輸作為當前油氣資源的主要輸送手段，其運行安全性受到越來越多的重視。由于不同的要求使得鋪設(shè)的管道直徑不盡相同，并且管道在長期運行過程中也會存在各種變形，這對管道缺陷檢測器的運行有相當大的影響，容易造成卡死等后果。通徑儀就是鑒于此研制的記錄管徑變動情況的儀器。一般情況下，通徑儀連續(xù)運行幾百公里，相應(yīng)記錄的數(shù)據(jù)將達到上百兆字節(jié)。32MB、64MB的閃存已經(jīng)不能滿足需求。因此選用了Samsung公司開發(fā)的K9F2G08U0M，其單片容量高達264MB，可滿足工程需求。
本文將介紹該存儲器的主要性能及其在管道通徑儀中的應(yīng)用。
1 K9F2G08U0M存儲器簡介
從接口角度看，雖然K9F2G08U0M的容量和尋址范圍遠遠超過常見單片機的容量和尋址范圍，但由于芯片上的寫控制器能自動控制所有編程和擦除功能，提供必要的重復(fù)脈沖、內(nèi)部確認和數(shù)據(jù)空間，而且只通過I/O接口接收單片機的命令和數(shù)據(jù)而不需要地址線，因此實際操作起來非常方便。另外芯片是通過“與非”單元結(jié)構(gòu)增大容量，所以沒有因此而削弱自身性能；芯片具有獨立的1頁大小的數(shù)據(jù)存儲器和緩存存儲器，因此可以在0.2ms內(nèi)完成2112B的頁編程操作，在 2ms內(nèi)完成128KB的塊擦除操作，同時數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)能以30ns/B的速度讀出。
整個存儲區(qū)被分為2 048個相互獨立的塊，可從邏輯上和物理上對塊的組織結(jié)構(gòu)分類。
圖1為塊的邏輯結(jié)構(gòu)，每個塊分為64頁，每頁為2 112B(2 048B+額外存儲區(qū)的64B)。芯片通過頁地址和頁內(nèi)字節(jié)地址訪問每一個字節(jié)。通常頁地址稱為行地址，而頁內(nèi)字節(jié)地址稱為列地址，即264MB=2048塊×64頁/塊×2112字節(jié)/頁=217行×2112列。因此，行地址需要3個字節(jié)，列地址2個字節(jié)，輸入順序如表1所示。
從物理結(jié)構(gòu)上看，該芯片為“與非”結(jié)構(gòu)存儲器，每個塊由兩個“與非”結(jié)構(gòu)串組成，每個“與非”結(jié)構(gòu)串包含 16 896個“與非”結(jié)構(gòu)，每個“與非”結(jié)構(gòu)由32個基本單元(每個基本單元為1位)組成，這32個基本單元分別位于不同的頁內(nèi)，由此得到每個塊的物理結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
2 硬件連接設(shè)計
管道通徑儀的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。管道檢測時MCU采集參數(shù)并存儲在Flash中，檢測完畢后通過USB接口傳輸至上位機進行數(shù)據(jù)分析。
如前所述，對K9F2G08U0M的操作可以通過只向I/O接口發(fā)送數(shù)據(jù)(包括命令碼、行列地址碼等)來實現(xiàn)，因此最直接的方式是使用單片機的一個端口作為與芯片的數(shù)據(jù)接口，并以單片機的GPIO引腳連接CE、ALE、CLE以及，編程時按照手冊中的時序圖控制這些引腳。但是由于每次操作這些引腳都需要大量的控制線電平轉(zhuǎn)換，使程序十分繁冗。
由于C8051F020提供了外部存儲器接口(EMIF)，而接口時序由EMIF硬件產(chǎn)生，使其對片外擴展的器件操作像對內(nèi)存單元的尋址一樣簡便快捷。下面采用這種硬件連接方式，對K9F2G08U0M的主要操作進行介紹。電路如圖4所示，C8051F020只畫出了EMIF接口部分，選用非復(fù)用方式，以 IO7~0作為數(shù)據(jù)線，CE、ALE、CLE作為地址線。由于通徑儀中需要隨時寫入數(shù)據(jù)，因此寫保護端接高電平。
采用外部存儲器接口對器件編程時，最重要的是保證總線時序與器件時序一致。C8051F020的EMIF接口時序能夠以系統(tǒng)時鐘周期為單位編程，因此允許連接具有不同建立時間和保持時間要求以及不同/WR、/RD選通脈沖寬度的器件。
單片機EMIF在非復(fù)用方式，一次片外XRAM 操作的最小執(zhí)行時間為5 個SysClk 周期（用于或 脈沖的1 個SysClk+4個額外SysClk）。若單片機系統(tǒng)采用20MHz晶振，一次MOVX操作的最小執(zhí)行時間為250ns，而K9F2G08U0M交流參數(shù)中最小建立保持時間的上界為100ns，則即使采用EMI0TC最小的時序參數(shù)也不需要在程序中額外加入延時指令。
3 軟件設(shè)計
本系統(tǒng)采用C語言編程，提高了開發(fā)速度并降低了維護難度。下面分別介紹存儲器的主要操作。
3.1 按頁讀
K9F2G08U0M中有一個2112B即1頁大小的數(shù)據(jù)寄存器，這就決定了存儲器的讀操作是以1頁為基本單元進行的。如圖5所示，寫入30H后，行地址所指定的頁中的數(shù)據(jù)將在25?滋s內(nèi)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)寄存器中，然后在脈沖的作用下，不但可以從指定的列地址開始連續(xù)讀到該頁末尾，也可以按照流程圖中的虛線部分輸入隨機讀指令碼，任意讀取該頁中的內(nèi)容，并且不受次數(shù)限制。
