ARM第9章存储器接口.ppt

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1、ARM嵌入式体系结构与接口技术嵌入式体系结构与接口技术第9章 存储器接口 9.1FlashROM介绍9.2NorFlash操作9.3NANDFlash操作9.4S3C2410X中NandFlash控制器的操作9.5S3C2410XNandFlash接口电路与程序设计9.6SDRAM芯片介绍9.7小结9.8思考与练习本章课程：本章课程：2 Falsh器件的主要特点是在不加电的情况下能长期保持存储的信息。FlashMemory属于EEPROM(电擦除可编程只读存储器)类型。它既有ROM的特点，又有很高的存取速度，而且易于擦除和重写，功耗很小。Flash主要有两种类型：“或非NOR”和“与非NAND

2、”Intel于1988年首先开发出NORFlash技术东芝公司1989年发表了NANDFlash结构NandFlash与NorFlash对比：1、接口对比NORFlash带有通用的SRAM接口，可以轻松地挂接在CPU的地址、数据总线上，对CPU的接口要求低。NORFlash的特点是芯片内执行(XIP,eXecuteInPlace)，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。NANDFlash器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。9.1FlashROM介绍3 2、容量和成本对比相比起NANDFlash来说，NORFlash的

3、容量要小，一般在132MByte左右3、可靠性性对比NAND器件中的坏块是随机分布的，而坏块问题在NORFlash上是不存在的4、寿命对比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5、升级对比NORFlash的升级较为麻烦，因为不同容量的NORFlash的地址线需求不一样不同容量的NANDFlash的接口是固定的，所以升级简单6、读写性能对比擦除NOR器件时是以64128KB的块进行的，执行一个写入/擦除操作的时间约为为5s。擦除NAND器件是以832KB的块进行的,执行相同的操作最多只需要4ms。NOR的读速度比NAND稍快一些。9.1FlashROM介绍4 9

4、.2.1SST39VF160芯片介绍SST39VF160是一个1M16的CMOS多功能Flash器件SST39VF160的工作电压为.73.6V，单片存储容量为M字节，采用48脚TSOP封装，16位数据宽度。SST39VF160引脚图9.2NorFlash操作5 SST39VF160的引脚功能描述如下表9.2NorFlash操作6 9.2.2SST39VF160字编程操作1、执行3字节装载时序，用于解除软件数据保护2、装载字地址和字数据在字编程操作中，地址在CE#或WE#的下升沿（后产生下降沿的那个）锁存，数据在CE#或WE#的上升沿（先产生上升沿的那个）锁存。3、执行内部编程操作该操作在第4

5、个WE#或CE#的上升沿出现（先产生上升沿的那个）之后启动编程操作。一旦启动将在20ms内完成。9.2NorFlash操作7 9.2.3SST39VF160扇区/块擦除操作扇区操作通过在最新一个总线周期内执行一个6字节的命令时序（扇区擦除命令30H和扇区地址SA）来启动。块擦除操作通过在最新一个总线周期内执行一个6字节的命令时序（块擦除命令50H和块地址BA）来启动。9.2NorFlash操作8 9.2.4SST39VF160芯片擦除操作芯片擦除操作通过在最新一个总线周期内执行一个6字节的命令5555H地址处的芯片擦除命令10H时序来启动在第6个WE#或CE#的上升沿（先出现上升沿的那个）开始

6、执行擦除操作，擦除过程中只有触发位或数据查询位的读操作有效9.2NorFlash操作9 9.2.5SST39VF160与S3C2410X的接口电路一片SST39VF160以16位的方式和S3C2410的接口电路：9.2NorFlash操作10 9.2.6SST39VF160存储器的程序设计1、字编程操作从内存“DataPtr”地址的连续“WordCnt”个16位的数据写入SST39VF160的“ProgStart”地址利用了数据查询位（DQ7）和查询位（DQ6）来判断编程操作是否完成函数中用到的几个宏的定义如下：#defineROM_BASE0 x00000000#defineCMD_ADDR

7、0*(volatileU16*)(0 x5555*2+ROM_BASE)#defineCMD_ADDR1*(volatileU16*)(0 x2aaa*2+ROM_BASE)9.2NorFlash操作11 9.2.6SST39VF160存储器的程序设计2、扇区擦除操作SectorErase函数实现了一个扇区（扇区的开始地址为“sector”）的擦除工作注意数据查询位（DQ7）在编程函数和擦除函数中的使用差别9.2NorFlash操作12 9.2.6SST39VF160存储器的程序设计3、读操作FlashRead函数实现了从“ReadStart”位置，读取“Size”个字节的数据到“DataPt

8、r”中。voidFlashRead(unsignedintReadStart,unsignedshort*DataPtr,unsignedintSize)inti;ReadStart+=ROM_BASE;for(i=0;iSize/2;i+)*(DataPtr+i)=*(unsignedshort*)ReadStart+i);9.2NorFlash操作13 9.3.1K9F1280芯片介绍常见的8位NandFlash有三星公司的K9F1208、K9F1G08、K9F2G08等，K9F1208、K9F1G08、K9F2G08的数据页大小分别为512B、2kB、2kB。K9F1208存储容量为64

9、M字节，除此之外还有2048K字节的spare存储区。该器件采用TSSOP48封装，工作电压2.73.6V。K9F1208对528字节一页的写操作所需时间典型值是200s，而对16K字节一块的擦除操作典型仅需2ms。8位I/O端口采用地址、数据和命令复用的方法。这样既可减少引脚数，还可使接口电路简洁。9.3NANDFlash操作14 9.3.1K9F1280芯片介绍管脚名称描述I/O0I/O7 数据输入输出CLE命令锁存使能ALE地址锁存使能CE#片选RE#读使能WE#写使能WP#写保护R/B#准备好/忙碌输出VCC电源(+2.7V3.6V)VSS地N.C空管脚9.3NANDFlash操作15

10、 9.3.1K9F1280芯片介绍1block=32page；1page=528byte=512byte(MainArea)+16byte(SpareArea)总容量为=4096(block数量)32(page/block)512(byte/page)=64MBNandFlash以页为单位读写数据，而以块为单位擦除数据。对NandFlash的操作主要包括：读操作、擦除操作、写操作、坏块设别、坏块标识等。9.3NANDFlash操作16 9.3.2读操作过程K9F1208的寻址分为4个cycle，分别是A0:7、A9:16、A17:24、A25读操作的过程为：发送读取指令；发送第1个cycle地

11、址；发送第2个cycle地址；发送第3个cycle地址；发送第4个cycle地址；读取数据至页末K9F1208提供了两个读指令：“0 x00”、“0 x01”。这两个指令区别在于“0 x00”可以将A8置为0，选中上半页；而“0 x01”可以将A8置为1，选中下半页读操作的对象为一个页面，建议从页边界开始读写至页结束9.3NANDFlash操作17 9.3.2读操作过程K9F1208读操作流程如图9.3NANDFlash操作18 9.3.3擦除操作过程擦除的操作过程为：发送擦除指令“0 x60”；发送第1个cycle地址（A9A16）；发送第2个cycle地址（A17A24）；发送第3个cyc

12、le地址（A25）；发送擦除指令“0 xD0”；发送查询状态命令字“0 x70”；读取K9F1208的数据总线，判断I/O6上的值或判断R/B线上的值，直到I/O6=1或R/=1；判断I/O0是否为0，从而确定操作是否成功。0表示成功，1表示失败。擦除的对象是一个数据块，即32个页面。9.3NANDFlash操作19 9.3.3擦除操作过程K9F1208擦除操作流程图9.3NANDFlash操作20 9.3.4写操作过程写入的操作过程为：发送编程指令“0 x80”；发送第1个cycle地址（A0A7）；发送第2个cycle地址（A9A16）；发送第3个cycle地址（A17A24）；发送第4个

13、cycle地址（A25）；向K9F1208的数据总线发送一个扇区的数据；发送编程指令“0 x10”；发送查询状态命令字“0 x70”；读取K9F1208的数据总线，判断I/O6上的值或判断R/线上的值，直到I/O6=1或R/=1；判断I/O0是否为0，从而确定操作是否成功。0表示成功，1表示失败。注意：写入的操作对象是一个页面。9.3NANDFlash操作21 9.3.4写操作过程K9F1208写操作流程图9.3NANDFlash操作22 9.4.1S3C2410XNandFlash控制器概述S3C2410 x可以实现从NANDFlash启动和引导系统，在SDRAM上执行主程序代码。S3C24

14、10 x中的NANDFlash的特性有：支持读/擦/编程NANDFlash存储器支持自动引导模式：复位后，引导代码被送入Steppingstone，传送后，引导代码在Setppingstone中运行具备硬件ECC产出模块NANDFlash控制器工作机制9.4S3C2410X中NandFlash控制器的操作23 9.4.2S3C2410XNandFlash控制器寄存器详解配置寄存器NFCONF（地址0 x4E000000）9.4S3C2410X中NandFlash控制器的操作24 9.4.2S3C2410XNandFlash控制器寄存器详解命令寄存器NFCMD（地址：0 x4e000004）地址

15、寄存器NFADDR（地址：0 x4E000008）9.4S3C2410X中NandFlash控制器的操作25 9.4.2S3C2410XNandFlash控制器寄存器详解数据寄存器NFDATA（地址：0 x4E00000C）状态寄存器NFSTAT（地址：0 x4E000010）9.4S3C2410X中NandFlash控制器的操作26 9.5.1K9F1208和S3C2410X的接口电路K9F1208和S3C2410X的接口电路9.5S3C2410XNandFlash接口电路与程序设计27 9.5.2S3C2410XNANDFlash寄存器设置（1）控制器初始化时，需要使能控制器设置UFCON

16、的15为“1”。（2）使能NANDFlash芯片设置UFCON的11为“0”。（3）通过NAND控制器向NANDFlash写入命令设置NFCMD为要发送的命令。（4）通过NAND控制器向NANDFlash写入地址设置NFADDR为要发送的地址。（5）通过NAND控制器向NANDFlash写入数据设置NFDATA为要写入的数据。9.5S3C2410XNandFlash接口电路与程序设计28 9.5.3S3C2410X控制K9F1208的程序设计实现向K9F1208的一个页面中写入0,1,2,3,4,5,6,7,8,9。然后读出数据，打印到串口终端。程序设计如下：1、NANDFlash控制器相关寄

17、存器及宏定义2、主测试程序3、K9F1208初始化函数4、K9F1208页面读函数5、K9F1208页面写函数6、K9F1208块擦除函数7、调试与运行结果9.5S3C2410XNandFlash接口电路与程序设计29 9.6.1SDRAM介绍SDRAM存储一个位的消息只需要一只晶体管，但是需要周期性地充电，才能使保存的信息不消失。SDRAM的一个存储位单元结构如图电容器的状态决定了这个SDRAM单位的逻辑状态是1还是0。一个充电的电容器被认为是逻辑上的1，而“空”的电容器则是0。9.6SDRAM芯片介绍30 9.6.1SDRAM介绍SDRAM内部结构示意图9.6SDRAM芯片介绍31 9.6

18、.1SDRAM介绍SDRAM的读取过程：SDRAM的写入过程和读取过程基本一样，这里就不再详细介绍了在SDRAM读取方式中，当一个读取周期结束后，和都必须失效，然后再进行一个回写过程才能进入到下一次的读取周期中。9.6SDRAM芯片介绍32 9.6.1SDRAM介绍与Flash存储器相比较，SDRAM不具有掉电保持数据的特性，但其存取速度大大高于Flash存储器，且具有读/写的属性，因此，SDRAM在系统中主要用作程序的运行空间，数据及堆栈区。当系统启动时，CPU首先从复位地址0 x0处读取启动代码，在完成系统的初始化后，程序代码一般应调入SDRAM中运行，以提高系统的运行速度，同时，系统及用

19、户堆栈、运行数据也都放在SDRAM中。SDRAM的存储单元可以理解为一个电容，总是倾向于放电，为避免数据丢失，必须定时刷新（充电）目前常用的SDRAM为8位/16位的数据宽度，工作电压一般为3.3V。主要的生产厂商为HYUNDAI、Winbond等9.6SDRAM芯片介绍33 9.6.2HY57V561620的结构HY57V561620存储容量为4M4bank16位（32M字节），工作电压为3.3V，常见封装为54脚TSOP，兼容LVTTL接口，支持自动刷新（Auto-Refresh）和自刷新（Self-Refresh），16位数据宽度9.6SDRAM芯片介绍34 9.6.2HY57V5616

20、20的结构引脚名称CLK时钟CKE时钟使能/CS片选BA0,BA1组地址选择A12A0地址总线/RAS行地址锁/CAS存列地址锁/WE存写使能LDQM，UDQM数据I/O屏蔽DQ15DQ0 数据总线VDD/VSS电源/地VDDQ/VSSQ电源/地NC未连接9.6SDRAM芯片介绍35 9.6.3接口电路采用的是利用两片16位的SDRAM构造成一片32位的SDRAM存储系统。9.6SDRAM芯片介绍36 9.6.3接口电路引脚描述如下：nSRAS：SDRAM行地址选通信号nSCAS：SDRAM列地址选通信号nGCS6：SDRAM芯片选择信号nWBE3:0：SDRAM数据屏蔽信号SCLK01：SD

21、RAM时钟信号SCKE：SDRAM时钟允许信号DATA0:31:32位数据信号ADDR2:14:行列地址信号ADDR25:24:bank选择线9.6SDRAM芯片介绍37 9.6.3接口电路HY57V561620的Bank选择线BAn与S3C2410X地址线的对应关系，依照表9-12选择连接。HY57V561620的Bank大小位64MB，总线宽度位16位，单个器件容量为256MB，存储空间配置为（4MB164BANK）2片。所以BANK地址对应A25:24SDRAMBank地址配置表9.6SDRAM芯片介绍38 9.6.4寄存器设置1BWSCON寄存器BWSCON寄存器主要用来设置外接存储器

22、的总线宽度和等待状态BWSCON寄存器在Bank6上的位定义SDRAM（Bank6）采用32位总线宽度，因此，DW6=10，其他2位采用缺省值9.6SDRAM芯片介绍39 9.6.4寄存器设置2BANKCONn寄存器的设置S3C2410X有8个BANKCONn寄存器，分别对应着Bank0Bank7。Bank6Bank7可以作为FP/EDO/SDRAM等类型存储器的映射空间BANKCONn寄存器在Bank6和Bank7上的位定义BANKCONn寄存器在MT=11时的相关位定义Trcd是从行使能到列使能的延迟，根据S3C2410X的HCLK频率（100M）及HY57V561620特性，此项取01。

23、SCAN为列地址线数量，此项根据HY57V561620特性取01。9.6SDRAM芯片介绍40 9.6.4寄存器设置3REFRESH寄存器是DRAM/SDRAM的刷新控制器9.6SDRAM芯片介绍41 9.6.4寄存器设置4、BANKSIZE寄存器9.6SDRAM芯片介绍42 9.6.4寄存器设置5、MRSR寄存器MRSR寄存器有2个，为MRSRB6和MRSRB7对应着Bank6和Bank7注意：当代码在SDRAM中运行时，绝不能够重新配置MRSR寄存器。在掉电模式下，SDRAM必须进入SDRAM的自我刷新模式。9.6SDRAM芯片介绍43 本章重点讲解了在嵌入式系统中常用的各种存储器，以及在S3C2410X芯片中NANDFlash、NORFlash、SDRAM的操作方法。9.7小结44 9-1NorFlash和NandFlash的特征及它们之间特性的对比？9-2NorFlash的读、写、擦擦操作方法？9-3NandFlash的读、写、擦擦操作方法？9-4SDRAM和RAM的区别？9.8思考与练习4546