大容量NAND Flash在多媒体手机中的应用

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摘要:以TC58DDM82A1XBJ5为例,对比了NAND和NOR Flash的区别,介绍了NAND Flash的基本结构,时序,驱动程序以及它在多媒体手机的中的应用。

1 引言

随着手机市场竞争的日趋激烈,多媒体手机逐渐成为市场的宠儿。因为有大量的多媒体数据,因此大容量存储是多媒体手机所要解决的首要问题。

NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。NOR的特点是芯片内执行(XIP,eXecuteInPlace),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了它的性能。NAND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,是大数据量存储的最佳选择。在选择存储方案的时候,设计师必须综合考虑以下因素:

(1)NOR的读速度比NAND稍快一些。

(2)NAND的写入速度比NOR快很多(3)NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。

(4)大多数写入操作需要先进行擦除操作。

(5)NAND的擦除单元更小,相应的擦除电路更少。

(6)NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次,而NOR的擦写次数是十万次。

此外,NAND的使用比NOR的使用复杂的多。在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持,在NAND器件上进行同样操作时,通常需要驱动程序,也就是内存技术驱动程序(MTD),NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD.

使用NOR器件时所需要的MTD要相对少一些,许多厂商都提供用于NOR器件的更高级软件,这其中包括M-SySTem的TrueFFS驱动,该驱动被WindRiverSystem、Microsoft、QNXSoftwareSystem、Symbian和Intel等厂商所采用。

2 TC58DDM82A1XBJ5在多媒体手机中的应用

在多媒体手机中,TC58DDM82A1XBJ5主要用来存储图片、声音文件等数据量较大的文件。

TC58DDM82A1XBJ5是Toshiba公司生产的256MbitsNANDEEPROM.工作电压为2.7V~3.6V或者1.65V~1.95V.

存储结构为528bytes×32pages×2048blocks.Page的大小为528Bytes,Block的大小为(16K+512)Bytes.

2.1 引脚排列和功能

NANDFlash采用高度复用的访问接口,该接口既作地址总线,又作数据总线和指令输入接口。NANDFlash的的接口引脚主要分三类:数据引脚,控制引脚,状态引脚。TC58DDM82A1XBJ5的数据引脚为8位,即I/O1~I/O8,用来输入/输出地址,数据和指令。有一个状态引脚(RY/BY)用来表示芯片的状态,当芯片进行数据写入、擦除、随机读取的时候,其输出电平为高,表明芯片正忙,否则输出低电平。/WP引脚用来禁止获允许对芯片进行写入操作。当其为低电平时禁止写操作,反之允许写操作。控制引脚有6个,见引脚定义。

2.2 TC58DDM82A1与AD6528的连接

AD6528是AnalogDevicesInc.生产的Hermes系列GSM/GPRS处理器。AD6528采用DSP+MCU的双核结构,其中MCU采用的是ARM7,DSP部分选用了ADI自己的ADSP-218xDSP核。

2.3 TC58DDM82A1的操作方式

TC58DDM82A1的地址输入、命令输入、数据输入输出都是通过CLE、ALE、CE、WE、RE、RST、PRE1/PRE2引脚控制。控制逻辑如表1所示:

表1 逻辑表

*1:/WP=0,则禁止TC58DDM82A1的Program和Erase操作TC58DDM82A1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。

2.4 TC58DDM82A1的时序分析及驱动程序

可知,第一个周期,CLE信号有效时通过IO口向命令寄存器发送命令00H.此时NANDFlash处于写状态,因此WE有效,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3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。

完成ReadMode(1)的伪码如下:

ReadMode1_Func(Cmd, Addr)

{

RE=1;

ALE = 0 ;

CLE = 1 ;

WE = 0 ;

CE=0;

SendCmd(Cmd); // 向NAND 发送操作命令,此例中应该是00H

WE = 1 ; / / NAND 取走命令

CE = 1 ;

CLE=0; // 发送命令结束

ALE=1; // 开始发送起始地址

for(i=0;i<3;i++)

{

WE = 0 ;

CE=0;

SendAddr(Addr);

WE=1; // 取走指令

CE=1;

} // 发送完所有地址

CE=1;

WE = 1 ;

ALE = 0 ;

Delay(2);

while(BUSY)

Wait; // 判断等待状态是否结束

RE=0;

CE=0;

ReadData(Buf); // 读取数据到buffer

}

2.5 NANDFlashDiver的特殊功能

NANDFlash的访问是串行的,比较类似硬盘的存储方式。NANDFlash必须有Driver的支持才能在手机使用。Driver除了提供对NANDFlash的Read,Program,Erase外,还应该提供以下基本的功能:

BadBlockManagement

WearLevelingTreatment

ECC(ErrorCorrectCode)

NANDFlash是通过Driver分配的逻辑地址来进行访问的。BadBlockManagement对坏块不分配逻辑地址,这样会形成连续的逻辑地址。WearLevelingTreatment避免对某一区域进行大量的读写操作,这样就会延长NANDFlash的使用时间。ECC主要完成读写过程中的纠错,但是ECC只能对1bit的数据进行纠错。

3 结语

在多媒体手机中NANDFlash主要用来存储多媒体数据(图片、语音文件等)。在实际应用中不会对NANDFlash进行频繁的写入和擦除操作,而且多媒体数据对数据的完整性要求也不是很高,但是多媒体数据的数据量较大。这些特征决定了使用NANDFlash来存储多媒体数据是十分恰当的,这也正是业界的通行做法。

作者:杨玲 袁光涛 来源:《科技咨询导报》

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