大容量NAND Flash TC58DVG02A1FT00在嵌入式系统中的应用_存储器
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
| cle | ale | ce | we | re | |
| 命令输入 | 1 | 0 | 0 | 时钟上升沿 | 1 |
| 数据输入 | 0 | 0 | 0 | 时钟上升沿 | 1 |
| 地址输入 | 0 | 1 | 0 | 时钟上升沿 | 1 |
| 串行数据输出 | 0 | 0 | 0 | 1 | 时钟下降沿 |
| 待机状态 | x | x | 1 | x | x |
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1 | 00 | 无 |
| 读模式2 | 01 | 无 |
| 读模式3 | 50 | 无 |
| 复位 | ff | 无 |
| 自动编程（真） | 10 | 无 |
| 自动编程（假） | 11 | 无 |
| 自动块删除 | 60 | d0 |
| 状态读取1 | 70 | 无 |
| 状态读取2 | 71 | 无 |
| id读取1 | 90 | 无 |
| id读取2 | 91 | 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。