1 NAND FLASH
NAND寫回速度快、芯片面積小,，特別是大容量使其優(yōu)勢明顯,。頁是NAND中的基本存貯單元，一頁一般為512 B(也有2 kB每頁的large page NAND FLASH),，多個頁面組成塊,。不同存儲器內(nèi)的塊內(nèi)頁面數(shù)不盡相同，通常以16頁或32頁比較常見,。塊容量計算公式比較簡單,，就是頁面容量與塊內(nèi)頁面數(shù)的乘積。根據(jù)FLASH Memory容量大小,，不同存儲器中的塊,、頁大小可能不同，塊內(nèi)頁面數(shù)也不同,。例如：8 MB存儲器,，頁大小常為512 B、塊大小為8 kB,，塊內(nèi)頁面數(shù)為16,。而2 MB的存儲器的頁大小為256 B、塊大小為4 kB,，塊內(nèi)頁面數(shù)也是16,。NAND存儲器由多個塊串行排列組成。實際上,，NAND型的FLASHMemory可認為是順序讀取的設備,，他僅用8 b的I/O端口就可以存取按頁為單位的數(shù)據(jù)。NAND在讀和擦寫文件,、特別是連續(xù)的大文件時,，速度相當快。
2 NAND FLASH與NOR FLASH比較
NOR的特點是可在芯片內(nèi)執(zhí)行,，這樣程序應該可以直接在FLASH內(nèi)存內(nèi)運行,，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高,，但
寫入和讀出速度較低,。而NAND結構能提供極高的單元密度，并且寫入和擦除的速度也很快,，是高數(shù)據(jù)存儲密度的最佳選擇,。
這兩種結構性能上的異同主要為：NOR的讀速度比NAND快；NAND的寫入速度比NOR快很多；NAND的擦除速度遠比NOR快,；NAND的擦除單元更小,，相應的擦除電路也更加簡單；NAND的實際應用方式要比NOR復雜得多,；NOR可以直接使用,，并在上面直接運行代碼，而NAND需要I/O接口,，因此使用時需要驅(qū)動程序,。
3 NAND FLASH在系統(tǒng)中的控制
在沒有NAND FLASH硬件接口的環(huán)境中，通過軟體控制CPU時序和硬件特殊接線方式實現(xiàn)仿真NANDFLASH接口,，進而實現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)中脫離NANDFLASH專用硬件接口進行對NAND FLASH讀,、寫、擦除等操作的實現(xiàn)方法,。
本方法主要工作在以下兩個方面：
軟件方面：針對特殊硬件線路的軟體設計和嚴格的CPU時序控制,；
硬件方面：硬件的線路設計，利用NOR FLASH專用硬件接口控制NAND FLASH,。
首先建立的開發(fā)平臺如圖1所示,。
本平臺使用Intel的PXA270 Processor，無內(nèi)建NAND FLASH Controller,，使用NOR FLASH Controller控制NAND FLASH,，具體的線路連接方式如圖2所示。
NAND FLASH的I/O0～I/07引腳用于對FLASH發(fā)送操作命令和收發(fā)數(shù)據(jù),，ALE用于指示FLASH當前數(shù)據(jù)為地址信息，CLE用于指示當前數(shù)據(jù)為操作命令信息,，當兩者都無效時,，為數(shù)據(jù)信息。CE引腳用于FLASH片選,。RE和WE分別為FLASH讀,、寫控制，R/B指示FLASH命令是否已經(jīng)完成,。逭里選用的是CE don't care的NAND FLASH,。
NAND FLASH的讀寫操作以page方式進行，一次讀寫均為一個page,，erase方式以block方式進行,。這種方式，使其讀寫速度大大提高,。
在時序方面,，以讀操作為例，其時序如圖3所示。
操作過程主要分為以下幾個步驟：
(1)發(fā)送讀操作命令
CE有效,，CLE有效,，WE有效，I/O0～I/O8上面數(shù)據(jù)為command代碼數(shù)據(jù),。
(2)發(fā)送地址數(shù)據(jù)(需要讀取的FLASH地址)
CE有效,，ALE有效，WE有效,，I/O0～I/O8上面為所需地址數(shù)據(jù),。由于地址數(shù)據(jù)較多，所以需要分幾次依次發(fā)送,。每次發(fā)送都需要產(chǎn)生WE信號以將其寫入NANDFLASH芯片,。
(3)等待R/B信號，最后讀出數(shù)據(jù)
在最后一個地址數(shù)據(jù)寫入FLASH之后,，R/B信號即變低,。等待芯片完成整個page數(shù)據(jù)讀取之后，R/B信號變高,。此時,，CE有效，ALE,，CLE均拉低,，依次產(chǎn)生RE信號，從I/O0～I/O8讀取出所需數(shù)據(jù),。
對于寫操作和擦除操作,，其基本原理相同，只是信號順序略有改變,，就不再贅述,。
由于使用了CPU地址線A1，A2連接CLE,，ALE引腳,，對CPU低2、3位地址的讀寫操作就意味著對NANDFLASH進行讀寫命令/數(shù)據(jù)操作,。如果此程序工作在OS上的application層的話,，MMU已經(jīng)屏蔽程序?qū)Φ讓佑布闹苯釉L問，所以需要對MMU進行設定,，為NANDFLASH開辟一塊,。Memory映像區(qū)域，這樣就可以通過OS對底層的NAND FLASH進行操作,。以該系統(tǒng)為例,，使用CPU的CS1引腳控制NAND FLASH的CE信號，先將其映像為0x24000000地址，此時,，對0x24000000地址讀寫即對NAND FLASH芯片進行數(shù)據(jù)讀寫,，而對Ox24000002地址寫數(shù)據(jù)，使CPU的A1地址引腳為高,，即對NAND FLASH發(fā)送command命令,，同樣，對0x24000004地址寫數(shù)據(jù),，即對NAND FLASH發(fā)送address數(shù)據(jù),。
在對NAND FLASH發(fā)送命令/數(shù)據(jù)之后，由于程序運行速度比FLASH芯片快很多,，需要在每一次操作之后插入若干等待周期,，并利用CPU的GPIO檢測芯片R/B信號。直至芯片完成本次操作再進行下一步操作,。
需要注意的是,，在對FLASH發(fā)送命令數(shù)據(jù)過程中的等待，沒有反饋信號可以檢測,，只能通過反復調(diào)試確定其所需等待時間,。
在設計中采用CPU的CS1信號對NAND FLASH進行CE(片選)控制。此處不能采用CPU的GPIO進行控制,，因為在嵌入式設備的ARM CPU中,，CPU本身采用了指令、數(shù)據(jù)自動預讀的高速緩存技術和流水線技術,。因此,，當程序在NOR FLASH里面直接運行的時候(目前絕大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)采用的方式)，在運行任何兩段相連的代碼中間,，CPU都有可能對NOR FLASH進行指令或數(shù)據(jù)的預讀操作,，從而產(chǎn)生大量的RE，OE信號和地址信號,。
如果使用GPIO控制NAND FLASH的CE信號則無法避免這種影響。CPU的CS1信號是由CPU內(nèi)部自動產(chǎn)生,，因此在CPU預讀期間,，CS1信號可以有效屏蔽NANDFLASH芯片。并且,，由于NAND FLASH芯片支持CEdon't care模式,，在CE無效的情況下，芯片本身的工作狀態(tài)并不會被干擾,，由此保證了NOR FLASH和NANDFLASH在同一CPU界面中互不干擾的穩(wěn)定運行,。對于CS1信號的寬度等參數(shù)，也需要在實驗中進行調(diào)節(jié)，才能保證整個系統(tǒng)快速穩(wěn)定的運行,。
4 NAND FLASH在系統(tǒng)中的讀寫速度
經(jīng)過測試在該系統(tǒng)平臺中,，OS為Palm OS 5.4；CPU使用PXA270 312 MHz,；SDRAM使用Samsung的16 bdata width HYB25L256160AF-7.5@104 MHz,；NANDFLASH選用Samsung 128 MB 8 b I/O NAND FLASHK9F1G08U0A達到在文件系統(tǒng)下面的讀/寫的速度為3 MB/s，擦除的速度為65 MB/s,，在手持式設備中運用性能已經(jīng)夠了,。