ARM存儲器接口PPT課件

1、ARM嵌入式體系結構與接口技術嵌入式體系結構與接口技術第第9章章 存儲器接口存儲器接口第1頁/共46頁2 9.1 Flash ROM介紹 9.2 Nor Flash操作 9.3 NAND Flash操作 9.4 S3C2410X中Nand Flash控制器的操作 9.5 S3C2410X Nand Flash接口電路與程序設計 9.6 SDRAM芯片介紹 9.7 小結 9.8 思考與練習本章課程：本章課程：第2頁/共46頁3 Falsh器件的主要特點是在不加電的情況下能長期保持存儲的信息。Flash Memory屬于EEPROM(電擦除可編程只讀存儲器)類型。它既有ROM的特點，又有很高的存取

2、速度，而且易于擦除和重寫，功耗很小。 Flash主要有兩種類型：“或非NOR”和“與非NAND” Intel于1988年首先開發(fā)出NOR Flash技術 東芝公司1989年發(fā)表了NAND Flash結構 Nand Flash與Nor Flash對比： 1、接口對比 NOR Flash帶有通用的SRAM接口，可以輕松地掛接在CPU的地址、數(shù)據(jù)總線上，對CPU的接口要求低。NOR Flash的特點是芯片內(nèi)執(zhí)行(XIP,eXecute In Place)，這樣應用程序可以直接在Flash閃存內(nèi)運行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NAND Flash器件使用復雜的I/O口來串行地存取數(shù)據(jù)，8個引腳用來

3、傳送控制、地址和數(shù)據(jù)信息。 9.1 Flash ROM介紹第3頁/共46頁4 2、容量和成本對比相比起NAND Flash來說，NOR Flash的容量要小，一般在132MByte左右 3、可靠性性對比NAND器件中的壞塊是隨機分布的，而壞塊問題在NOR Flash上是不存在的 4、壽命對比NAND閃存中每個塊的最大擦寫次數(shù)是一百萬次，而NOR的擦寫次數(shù)是十萬次 5、升級對比NOR Flash的升級較為麻煩，因為不同容量的NOR Flash的地址線需求不一樣不同容量的NAND Flash的接口是固定的，所以升級簡單 6、讀寫性能對比擦除NOR器件時是以64128KB的塊進行的，執(zhí)行一個寫入/擦

4、除操作的時間約為為5s。擦除NAND器件是以832KB的塊進行的,執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。NOR的讀速度比NAND稍快一些。9.1 Flash ROM介紹第4頁/共46頁5 9.2.1 SST39VF160芯片介紹 SST39VF160是一個1M16的CMOS多功能Flash器件 SST39VF160的工作電壓為.7，單片存儲容量為M字節(jié)，采用48腳TSOP封裝，16位數(shù)據(jù)寬度。 SST39VF160引腳圖 9.2 Nor Flash操作第5頁/共46頁6 SST39VF160的引腳功能描述如下表 9.2 Nor Flash操作第6頁/共46頁7 9.2.2 SST39VF160字編程

5、操作 1、執(zhí)行3字節(jié)裝載時序，用于解除軟件數(shù)據(jù)保護 2、裝載字地址和字數(shù)據(jù) 在字編程操作中，地址在CE#或WE#的下升沿（后產(chǎn)生下降沿的那個）鎖存，數(shù)據(jù)在CE#或WE#的上升沿（先產(chǎn)生上升沿的那個）鎖存。 3、執(zhí)行內(nèi)部編程操作該操作 在第4個WE#或CE#的上升沿出現(xiàn)（先產(chǎn)生上升沿的那個）之后啟動編程操作。一旦啟動將在20ms內(nèi)完成。 9.2 Nor Flash操作第7頁/共46頁8 9.2.3 SST39VF160扇區(qū)/塊擦除操作 扇區(qū)操作通過在最新一個總線周期內(nèi)執(zhí)行一個6字節(jié)的命令時序（扇區(qū)擦除命令30H和扇區(qū)地址SA）來啟動。塊擦除操作通過在最新一個總線周期內(nèi)執(zhí)行一個6字節(jié)的命令時序（塊

6、擦除命令50H和塊地址BA）來啟動。 9.2 Nor Flash操作第8頁/共46頁9 9.2.4 SST39VF160芯片擦除操作 芯片擦除操作通過在最新一個總線周期內(nèi)執(zhí)行一個6字節(jié)的命令5555H地址處的芯片擦除命令10H時序來啟動在第6個WE#或CE#的上升沿（先出現(xiàn)上升沿的那個）開始執(zhí)行擦除操作，擦除過程中只有觸發(fā)位或數(shù)據(jù)查詢位的讀操作有效 9.2 Nor Flash操作第9頁/共46頁10 9.2.5 SST39VF160與S3C2410X的接口電路 一片SST39VF160以16位的方式和S3C2410的接口電路： 9.2 Nor Flash操作第10頁/共46頁11 9.2.6

7、SST39VF160存儲器的程序設計 1、字編程操作 從內(nèi)存“DataPtr”地址的連續(xù)“WordCnt”個16位的數(shù)據(jù)寫入SST39VF160的“ProgStart”地址 利用了數(shù)據(jù)查詢位（DQ7）和查詢位（DQ6）來判斷編程操作是否完成 函數(shù)中用到的幾個宏的定義如下： #define ROM_BASE 0 x00000000 #define CMD_ADDR0 *(volatile U16 *)(0 x5555*2+ROM_BASE) #define CMD_ADDR1 *(volatile U16 *)(0 x2aaa*2+ROM_BASE)9.2 Nor Flash操作第11頁/共46

8、頁12 9.2.6 SST39VF160存儲器的程序設計 2、扇區(qū)擦除操作 SectorErase函數(shù)實現(xiàn)了一個扇區(qū)（扇區(qū)的開始地址為“sector”）的擦除工作 注意數(shù)據(jù)查詢位（DQ7）在編程函數(shù)和擦除函數(shù)中的使用差別 9.2 Nor Flash操作第12頁/共46頁13 9.2.6 SST39VF160存儲器的程序設計 3、讀操作 FlashRead函數(shù)實現(xiàn)了從“ReadStart”位置，讀取“Size”個字節(jié)的數(shù)據(jù)到“DataPtr”中。 void FlashRead(unsigned int ReadStart, unsigned short *DataPtr, unsigned in

9、t Size) int i;ReadStart += ROM_BASE;for(i=0; iSize/2; i+)*(DataPtr+i) = *(unsigned short *)ReadStart+i); 9.2 Nor Flash操作第13頁/共46頁14 9.3.1 K9F1280芯片介紹 常見的8位Nand Flash有三星公司的K9F1208、K9F1G08、K9F2G08等，K9F1208、K9F1G08、K9F2G08的數(shù)據(jù)頁大小分別為512B、2kB、2kB。 K9F1208存儲容量為64M字節(jié)，除此之外還有2048K字節(jié)的spare存儲區(qū)。該器件采用TSSOP48封裝，工作

10、電壓。 K9F1208對528字節(jié)一頁的寫操作所需時間典型值是200s，而對16K字節(jié)一塊的擦除操作典型僅需2ms。8位I/O端口采用地址、數(shù)據(jù)和命令復用的方法。這樣既可減少引腳數(shù)，還可使接口電路簡潔。 9.3 NAND Flash操作第14頁/共46頁15 9.3.1 K9F1280芯片介紹 管腳名稱 描述I/O0 I/O7 數(shù)據(jù)輸入輸出 CLE命令鎖存使能 ALE地址鎖存使能CE#片選 RE#讀使能 WE#寫使能WP#寫保護R/B#準備好/忙碌 輸出 VCC電源(+2.7V3.6V) VSS地 N.C空管腳9.3 NAND Flash操作第15頁/共46頁16 9.3.1 K9F1280芯

11、片介紹 1block = 32page；1page = 528byte = 512byte(Main Area) + 16byte(Spare Area) 總容量為 = 4 096(block數(shù)量) 32(page/block) 512(byte/page) = 64MB Nand Flash以頁為單位讀寫數(shù)據(jù)，而以塊為單位擦除數(shù)據(jù)。 對Nand Flash的操作主要包括：讀操作、擦除操作、寫操作、壞塊設別、壞塊標識等。 9.3 NAND Flash操作第16頁/共46頁17 9.3.2 讀操作過程 K9F1208的尋址分為4個cycle，分別是A0:7、A9:16、A17:24、A25 讀操

12、作的過程為： 發(fā)送讀取指令； 發(fā)送第1個cycle地址； 發(fā)送第2個cycle地址； 發(fā)送第3個cycle地址； 發(fā)送第4個cycle地址； 讀取數(shù)據(jù)至頁末 K9F1208提供了兩個讀指令：“0 x00”、“0 x01”。這兩個指令區(qū)別在于“0 x00”可以將A8置為0，選中上半頁；而“0 x01”可以將A8置為1，選中下半頁 讀操作的對象為一個頁面，建議從頁邊界開始讀寫至頁結束 9.3 NAND Flash操作第17頁/共46頁18 9.3.2 讀操作過程 K9F1208讀操作流程如圖 9.3 NAND Flash操作第18頁/共46頁19 9.3.3 擦除操作過程 擦除的操作過程為： 發(fā)送

13、擦除指令“0 x60”； 發(fā)送第1個cycle地址（A9A16）； 發(fā)送第2個cycle地址（A17A24）； 發(fā)送第3個cycle地址（A25）； 發(fā)送擦除指令“0 xD0”； 發(fā)送查詢狀態(tài)命令字“0 x70”； 讀取K9F1208的數(shù)據(jù)總線，判斷I/O 6上的值或判斷R/B線上的值，直到I/O 6 = 1或R/ = 1； 判斷I/O 0是否為0，從而確定操作是否成功。0表示成功，1表示失敗。 擦除的對象是一個數(shù)據(jù)塊，即32個頁面。 9.3 NAND Flash操作第19頁/共46頁20 9.3.3 擦除操作過程 K9F1208擦除操作流程圖9.3 NAND Flash操作第20頁/共46頁

14、21 9.3.4 寫操作過程 寫入的操作過程為： 發(fā)送編程指令“0 x80”； 發(fā)送第1個cycle地址（A0A7）； 發(fā)送第2個cycle地址（A9A16）； 發(fā)送第3個cycle地址（A17A24）； 發(fā)送第4個cycle地址（A25）； 向K9F1208的數(shù)據(jù)總線發(fā)送一個扇區(qū)的數(shù)據(jù)； 發(fā)送編程指令“0 x10”； 發(fā)送查詢狀態(tài)命令字“0 x70”； 讀取K9F1208的數(shù)據(jù)總線，判斷I/O 6上的值或判斷R/線上的值，直到I/O 6=1或R/ =1； 判斷I/O 0是否為0，從而確定操作是否成功。0表示成功，1表示失敗。 注意：寫入的操作對象是一個頁面。 9.3 NAND Flash操作

15、第21頁/共46頁22 9.3.4 寫操作過程 K9F1208寫操作流程圖 9.3 NAND Flash操作第22頁/共46頁23 9.4.1 S3C2410X Nand Flash控制器概述 S3C2410 x 可以實現(xiàn)從NAND Flash啟動和引導系統(tǒng)，在SDRAM上執(zhí)行主程序代碼。 S3C2410 x中的NAND Flash的特性有： 支持讀/擦/編程NAND Flash存儲器 支持自動引導模式：復位后，引導代碼被送入Steppingstone，傳送后，引導代碼在Setppingstone中運行 具備硬件ECC產(chǎn)出模塊 NAND Flash控制器工作機制9.4 S3C2410X中Nan

16、d Flash控制器的操作第23頁/共46頁24 9.4.2 S3C2410X Nand Flash控制器寄存器詳解 配置寄存器NFCONF （地址0 x4E000000） 9.4 S3C2410X中Nand Flash控制器的操作第24頁/共46頁25 9.4.2 S3C2410X Nand Flash控制器寄存器詳解 命令寄存器NFCMD（地址：0 x4e000004） 地址寄存器NFADDR（地址：0 x4E000008） 9.4 S3C2410X中Nand Flash控制器的操作第25頁/共46頁26 9.4.2 S3C2410X Nand Flash控制器寄存器詳解 數(shù)據(jù)寄存器NFD

17、ATA（地址：0 x4E00000C） 狀態(tài)寄存器NFSTAT（地址：0 x4E000010） 9.4 S3C2410X中Nand Flash控制器的操作第26頁/共46頁27 9.5.1 K9F1208和S3C2410X的接口電路 K9F1208和S3C2410X 的接口電路 9.5 S3C2410X Nand Flash接口電路與程序設計第27頁/共46頁28 9.5.2 S3C2410X NAND Flash寄存器設置 （1）控制器初始化時，需要使能控制器 設置UFCON的15為“1”。 （2）使能NAND Flash芯片 設置UFCON的11為“0”。 （3）通過NAND控制器向NAN

18、D Flash寫入命令 設置NFCMD為要發(fā)送的命令。 （4）通過NAND控制器向NAND Flash寫入地址 設置NFADDR為要發(fā)送的地址。 （5）通過NAND控制器向NAND Flash寫入數(shù)據(jù) 設置NFDATA為要寫入的數(shù)據(jù)。9.5 S3C2410X Nand Flash接口電路與程序設計第28頁/共46頁29 9.5.3 S3C2410X控制K9F1208的程序設計 實現(xiàn)向K9F1208的一個頁面中寫入0,1,2,3,4,5,6,7,8,9。然后讀出數(shù)據(jù)，打印到串口終端。程序設計如下： 1、NAND Flash控制器相關寄存器及宏定義 2、主測試程序 3、K9F1208初始化函數(shù) 4

19、、K9F1208頁面讀函數(shù) 5、K9F1208頁面寫函數(shù) 6、K9F1208塊擦除函數(shù) 7、調試與運行結果9.5 S3C2410X Nand Flash接口電路與程序設計第29頁/共46頁30 9.6.1 SDRAM介紹 SDRAM存儲一個位的消息只需要一只晶體管，但是需要周期性地充電，才能使保存的信息不消失。 SDRAM的一個存儲位單元結構如圖 電容器的狀態(tài)決定了這個 SDRAM單位的邏輯狀態(tài)是 1還是0。一個充電的電容 器被認為是邏輯上的1， 而“空”的電容器則是0 。9.6 SDRAM芯片介紹第30頁/共46頁31 9.6.1 SDRAM介紹 SDRAM內(nèi)部結構 示意圖 9.6 SDRA

20、M芯片介紹第31頁/共46頁32 9.6.1 SDRAM介紹 SDRAM的讀取過程： SDRAM的寫入過程和讀取過程基本一樣，這里就不再詳細介紹了 在SDRAM讀取方式中，當一個讀取周期結束后，和都必須失效，然后再進行一個回寫過程才能進入到下一次的讀取周期中。9.6 SDRAM芯片介紹第32頁/共46頁33 9.6.1 SDRAM介紹 與Flash存儲器相比較，SDRAM不具有掉電保持數(shù)據(jù)的特性，但其存取速度大大高于Flash存儲器，且具有讀/寫的屬性，因此，SDRAM在系統(tǒng)中主要用作程序的運行空間，數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)。當系統(tǒng)啟動時，CPU首先從復位地址0 x0處讀取啟動代碼，在完成系統(tǒng)的初始化后，

21、程序代碼一般應調入SDRAM中運行，以提高系統(tǒng)的運行速度，同時，系統(tǒng)及用戶堆棧、運行數(shù)據(jù)也都放在SDRAM中。 SDRAM的存儲單元可以理解為一個電容，總是傾向于放電，為避免數(shù)據(jù)丟失，必須定時刷新（充電） 目前常用的SDRAM為8位/16位的數(shù)據(jù)寬度，工作電壓一般為。主要的生產(chǎn)廠商為HYUNDAI、Winbond等9.6 SDRAM芯片介紹第33頁/共46頁34 9.6.2 HY57V561620的結構 HY57V561620存儲容量為4M4bank16位（32M字節(jié)），工作電壓為，常見封裝為54腳TSOP，兼容LVTTL接口，支持自動刷新（Auto-Refresh）和自刷新（Self-Ref

22、resh），16位數(shù)據(jù)寬度9.6 SDRAM芯片介紹第34頁/共46頁35 9.6.2 HY57V561620的結構引腳名稱CLK時鐘CKE時鐘使能 /CS片選 BA0,BA1組地址選擇 A12A0地址總線/RAS行地址鎖 /CAS存列地址鎖/WE存寫使能LDQM，UDQM數(shù)據(jù)I/O屏蔽DQ15DQ0數(shù)據(jù)總線VDD/VSS電源/地 VDDQ/VSSQ電源/地 NC未連接9.6 SDRAM芯片介紹第35頁/共46頁36 9.6.3 接口電路 采用的是利用兩片16位的SDRAM構造成一片32位的SDRAM存儲系統(tǒng)。9.6 SDRAM芯片介紹第36頁/共46頁37 9.6.3 接口電路 引腳描述如下

23、： nSRAS：SDRAM行地址選通信號 nSCAS：SDRAM列地址選通信號 nGCS6：SDRAM芯片選擇信號 nWBE3:0：SDRAM數(shù)據(jù)屏蔽信號 SCLK01：SDRAM時鐘信號 SCKE：SDRAM時鐘允許信號 DATA0:31:32位數(shù)據(jù)信號 ADDR2:14:行列地址信號 ADDR25:24:bank選擇線9.6 SDRAM芯片介紹第37頁/共46頁38 9.6.3 接口電路 HY57V561620的Bank選擇線BAn與S3C2410X地址線的對應關系，依照表9-12選擇連接。HY57V561620的Bank大小位64MB，總線寬度位16位，單個器件容量為256MB，存儲空間配置為（4MB164BANK）2片。所以BANK地址對應A25:24 SDRAM Bank地址配置表 9.6 SDRAM芯片介紹第38頁/共46頁39 9.6.4 寄存器設置 1BWSCON寄存器 BWSCON寄存器主要用來設置外接存儲器的總線寬度和等待狀態(tài) BWSCON寄存器在Bank6上的位定義 SDRAM（Bank6）采用32位總線寬度，因此，DW6=10，其他2位采用缺省值 9.6 SDRAM芯片介