大容量NAND Flash TC58DVG02A1FT00在嵌入式系统中的应用

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摘要：摘要：随着嵌入式系统产品的发展，对存储设备的要求也日益增强。文章以东芝的NAND E2PROM器件TC58DVG02A1F00为例，阐述了NAND Flash的基本结构和使用方法，对比了NAND和NOR Flash的异同，介绍了容量NAND Flash在嵌入式系统中的应用方法，以及如何在Linux操作

　　摘要：随着嵌入式系统产品的发展，对存储设备的要求也日益增强。文章以东芝的NAND E2PROM器件TC58DVG02A1F00为例，阐述了NAND Flash的基本结构和使用方法，对比了NAND和NOR Flash的异同，介绍了容量NAND Flash在嵌入式系统中的应用方法，以及如何在Linux操作系统中加入对NAND Flash的支持。

　　关键词：嵌入式 NAND Flash Linux 内核 TC58DVG02A1F00

　　1 NAND和NOR flash

　　目前市场上的flash从结构上大体可以分为AND、NAND、NOR和DiNOR等几种。其中NOR和DiNOR的特点为相对电压低、随机读取快、功耗低、稳定性高，而NAND和AND的特点为容量大、回写速度快、芯片面积小。现在，NOR和NAND FLASH的应用最为广泛，在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards、MMC存储卡以及USB闪盘存储器市场都占用较大的份额。

　　NOR的特点是可在芯片内执行（XIP，eXecute In Place），这样应该程序可以直接在flash内存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高，但写入和探险速度较低。而NAND结构能提供极高的单元密度，并且写入和擦除的速度也很快，是高数据存储密度的最佳选择。这两种结构性能上的异同步如下：

　　*NOR的读速度比NAND稍快一些。

　　*NAND的写入速度比NOR快很多。

　　*NAND的擦除速度远比NOR快。

　　*NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路也更加简单。

　　*NAND闪存中每个块的最大擦写次数量否万次，而NOR的擦写次数是十万次。

　　此外，NAND的实际应用方式要比NOR复杂得多。NOR可以直接使用，并在上面直接运行代码。而NAND需要I/O接口，因此使用时需要驱动程序。不过当今流行的操作系统对NAND Flash都有支持，如风河（拥有VxWorks系统）、微软（拥有WinCE系统）等公司都采用了TrueFFS驱动，此外，Linux内核也提供了对NAND Flash的支持。

　　2 大容量存储器TC58DCG02A1FT00

　　2．1 引脚排列和功能

　　TC58DVG02A 1FT00是Toshiba公司生产的1Gbit(128M×8Bit)CMOS NAND E2PROM，它的工作电压为3.3V，内部存储结构为528 bytes×32pages×8192blocks。而大小为528字节，块大小为（16k+512）字节。其管脚排列如图1所示。各主要引脚如下：

　　I/O1~I/O8：8个I/O口；

　　CE：片选信号，低电平有效；

　　WE：写使能信号，低电平有效；

　　RE：读使能信号，低电平有效；

　　CLE：命令使能信号；

　　ALE：地址使能信号；

　　WP：写保护信号，低电平有效；

　　RY/BY：高电平时为READY信号，低电平时为BUSY信号。

　　2．2 与ARM处理器的连接

　　当前嵌入式领域的主流处理器当属ARM。图2是以ARM7处理器为例给出的NAND Flash与ARM处理器的一般连接方法。如前所述，与NOR Flash不同，NAND Flash需要驱动程序才能正常工作。

　　图中PB4，PB5，PB6是ARM处理器的GPIO口，可用来控制NAND Flash的片选信号。CS1是处理器的片选信号，低电平有效。IORD、IOWR分别是处理器的读、写信号，低电平有效。写保护信号在本电路中没有连接。

　　2．3 具体操作

　　地址输入，命令输入以及数据的输入输出，都是通过NAND Flash的CLE、ALE、CE、WE、RE引脚控制的。具体方式如表1所列。

　　表1 逻辑表

　　CLEALECEWERE命令输入100时钟上升沿1数据输入000时钟上升沿1地址输入010时钟上升沿1串行数据输出0001时钟下降沿待机状态XX1XX

　　NAND Flash芯片的各种工作模式，如读、复位、编程等，都是通过命令字来进行 控制的。部分命令如表2所列。

　　表2 命令表

　　第一周期（Hex）第二周期（Hex）串行数据输入80无读模式100无读模式201无读模式350无复位FF无自动编程（真）10无自动编程（假）11无自动块删除60D0状态读取170无状态读取271无ID读取190无ID读取291无

　　串行数据输入的命令80表示向芯片的IO8、IO7、IO6、IO5、IO4、IO3、IO2、IO1口发送0x80，此时除IO8为1外，其余IO口均为低电平。

　　2．4 时序分析及驱动程序

　　下面以表2中的读模式1为例分析该芯片的工作时序。由图3可知，CLE信号有效时通过IO口向命令寄存器发送命令00H。此时NAND Flash处于写状态，因此WE有铲，RE无效。发送命令后，接着发送要读的地址，该操作将占用WE的1、2、3、4个周期。注意，此时发送的是地址信息，因此CLE为低，而ALE为高电平。当信息发送完毕后，不能立刻读取数据，因为芯片此时处于BUSY（忙）状态，需要等待2~20ms。之后，才能开始真正的数据读取。此时WE为高电平而处于无效状态，同时CE片选信号也始终为低以表明选中该芯片。

　　这段时序的伪代码如下：

　　Read_func(cmd,addr)

　　{

　　RE=1;

　　ALE=0;

　　CLE=1;

　　WE=0;

　　CE=0;

　　Send_cmd(cmd);//发送命令，由参数决定，这里为00

　　WE=1； //上升沿取走命令

　　CE=1；

　　CLE=0； //发送命令结束

　　ALE=1； //开始发送地址

　　For(i=0;i<4;i++)

　　{

　　WE=0;

　　CE=0;

　　Send_add(addr);//发送地址

　　WE=1； /上升沿取走地址

　　CE=1；

　　}

　　//所有数据发送结束，等待读取数据

　　CE=0；

　　WE=1；

　　ALE=0；

　　Delay(2ms);

　　While(BUSY)

　　Wait;//如果还忙则继续等待

　　Read_data(buf);//开始读取数据

　　}

　　3 Linux系统对NAND Flash的支持

　　Linux操作系统虽然已经支持NAND Flash，但要使用NAND Flash设备，还必须先对内核进行设置方法如下：

　　（1）在/usr/src/(内核路径名)目录中输入make menuconfig命令，再打开主菜单，进入Memory Technology Devices(MTD)选项，选中MTD支持。

　　（2）进入NAND Flash Device Drivers选项，NAND设备进行配置。不过此时对NAND的支持仅限于Linux内核自带的驱劝程序，没有包含本文介绍的Toshiba芯片，为此需要对Linux内核进行修改，方法如下：

　　（1）修改内核代码的drivers.in文件，添加下面一行：

　　dep-tristate 'Toshiba NAND Device Support'CONFIG-MTD-TOSHIBA $CONFIG-MTD

　　其中CONFIG-MTD-TOSHIBA是该设备的名称，将在Makefile文件中用到。

　　$CONFIG-MTD的意思是只有选有$CONFIG-MTD时，该菜单才会出现，即依赖于$CONFIG-MTD选项。宋，Toshiba的NAND设备将被加入Linux系统内核菜单中。

　　（2）修改相应的Makefile文件，以便编译内核时能加入该设备的驱动程序。

　　obj-$(CONFIG-MTD-TOSHIBA)+=toshiba.o

　　此行语句的意思是如果选择了该设备，编译内核时加入toshiba.o（假设驱动程序是toshiba.o），反之不编译进内核。

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