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嵌入式开发学习:NandFLASH和NorFLASH接口设计和驱动开发

2013-11-18 10:28
论恒
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  引 言

  随着嵌入式系统的迅速发展,其应用环境的广泛性,复杂性对构建于系统上的Nor和Nand闪存设备提出更高要求,需要闪存设备传输速度更快,体积更小,容量更大,稳定性更好。Flash 是一种创作工具,设计人员和开发人员可使用它来创建演示文稿、应用程序和其它允许用户交互的内容。Flash 可以包含简单的动画、视频内容、复杂演示文稿和应用程序以及介于它们之间的任何内容。通常,使用 Flash 创作的各个内容单元称为应用程序,即使它们可能只是很简单的动画。您也可以通过添加图片、声音、视频和特殊效果,构建包含丰富媒体的 Flash 应用程序。Flash 特别适用于创建通过 Internet 提供的内容,因为它的文件非常小。Flash 是通过广泛使用矢量图形做到这一点的。与位图图形相比,矢量图形需要的内存和存储空间小很多,因为它们是以数学公式而不是大型数据集来表示的。位图图形之所以更大,是因为图像中的每个像素都需要一组单独的数据来表示。

  1 NandFLASH和NandFLASH对比

  随着存储技术的高速发展,闪存设备因其在性能和成本方面的优势,可擦除性以及更低廉的价格正逐步取代传统记忆体。它们的技术性能差异显着,表1是它们的技术对比。

嵌入式开发学习:NandFLASH和NorFLASH接口设计和驱动开发

  NorFLASH是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR Flash 技术,彻底改变了原先由EPROM(Electrically Programmable Read-Only-Memory电可编程序只读存储器)和EEPROM(电可擦只读存储器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory)一统天下的局面。紧接着,1989年,东芝公司发表了NAND Flash 结构,强调降低每比特的成本,有更高的性能,并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。NOR Flash 的特点是芯片内执行(XIP ,eXecute In Place),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。NOR 的传输效率很高,在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益,但是很低的写入和擦除速度大大影响到它的性能。NAND的结构能提供极高的单元密度,可以达到高存储密度,并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于Flash的管理和需要特殊的系统接口。

  NorFLASH使用方便,易于连接,可以在芯片上直接运行代码,稳定性出色,传输速率高,在小容量时有很高的性价比,这使其很适合应于嵌入式系统中作为 FLASH ROM。相对于NorFLASH,NandFLASH强调更高的性能,更低的成本,更小的体积,更长的使用寿命。

  然而FLASH闪存却是保证数据正确性不太理想的设备,应用中可能出现坏块;这就给其在嵌入式系统中的应用,如何更好地进行数据存储管理提出了更高要求。恰当的接口设计和驱动开发是解决问题的关键。

  2 FLASH接口设计

  2.1 处理器内存分配情况

  在分析FLASH的接口以及工作模式前,先分析处理器的内存分配情况。内核ARM920T是32位处理器,寻址空间4 GB,3 GB被处理器内部的寄存器和一些其他设备占用,只有1 GB用于外部寻址;这1 GB的空间S3C2410分为8个部分以支持不同的设备,每个空间为128 Mb,被命名为BANK。S3C2410给每个BANK一个片选即nGCS0~nGCS7来方便对BANK的操作,将CPU上相应的BANK连线接到外设芯片的片选引脚上就可以根据相应的地址对存储器进行控制。

  2.2 FLASH在系统中的架构

  FLASH模块通过系统总线与处理器相连,如图1所示。

嵌入式开发学习:NandFLASH和NorFLASH接口设计和驱动开发

  随着深亚微米工艺技术日益成熟,集成电路芯片的规模越来越大。数字IC从基于时序驱动的设计方法,发展到基于IP复用的设计方法,并在SOC设计中得到了广泛应用。在基于IP复用的SoC(System on Chip的缩写,称为系统级芯片,也有称片上系统)设计中,片上总线设计是最关键的问题。为此,业界出现了很多片上总线标准。其中,由ARM公司推出的AMBA片上总线受到了广大IP开发商和SoC系统集成者的青睐,已成为一种流行的工业标准片上结构。AMBA规范主要包括了AHB(Advanced High performance Bus)系统总线和APB(Advanced Peripheral Bus)外围总线。为了拥有高速的数据交换通道,FLASH经由控制器模块通过AHB总线与处理器通信。NandFLASH控制器、NorFLASH控制器和DMA控制器都是高速总线AHB上的Master模块,都包含符合AMBA标准的总线接口模块与AHB交互工作。

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