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實(shí)例講解NAND Flash原理和使用

發(fā)布時(shí)間:2024-05-04   瀏覽次數:1987
導讀:本文以Micron公司的MT29F2G08為例介紹NAND Flash原理和使用。NAND的內部存儲陣列是以頁(yè)為基本單位進(jìn)行存取的。

本文以Micron公司的MT29F2G08為例介紹NAND Flash原理和使用。

1. 概述

MT29F2G08使用一個(gè)高度復用的8-bit總線(xiàn)(I/O[7:0])來(lái)傳輸數據、地址、指令。5個(gè)命令腳(CLE、ALE、CE#、WE#)實(shí)現NAND命令總線(xiàn)接口規程。3個(gè)附加的腳用作: 控制硬件寫(xiě)保護(WP#)、監視芯片狀態(tài)(R/B#),和發(fā)起上電自動(dòng)讀特征(PRE-僅3V芯片支持)。注意, PRE功能不支持寬溫芯片。

MT29F2G08內部有2048個(gè)可擦除的塊,每個(gè)塊分為64個(gè)可編程的頁(yè),每個(gè)頁(yè)包含2112字節(2048個(gè)字節作為數據存儲區,64個(gè)備用字節一般作為錯誤管理使用)。

每個(gè)2112個(gè)字節的頁(yè)可以在300us內編程,每個(gè)塊(64x2112=132K)可以在2ms內被擦除。片上控制邏輯自動(dòng)進(jìn)行PROGRAM和ERASE操作。

NAND的內部存儲陣列是以頁(yè)為基本單位進(jìn)行存取的。讀的時(shí)候,一頁(yè)數據從內部存儲陣列copy到數據寄存器,之后從數據寄存器按字節依次輸出。寫(xiě)(編程)的時(shí)候,也是以頁(yè)為基本單位的:起始地址裝載到內部地址寄存器之后,數據被依次寫(xiě)入到內部數據寄存器,在頁(yè)數據寫(xiě)入之后,陣列編程過(guò)程啟動(dòng)。

為了增加編程的速度,芯片有一個(gè)CACHE寄存器。在CACHE編程模式,數據先寫(xiě)入到CACHE寄存器,然后再寫(xiě)入到數據寄存器,一旦數據copy進(jìn)數據寄存器后,編程就開(kāi)始。在數據寄存器被裝載及編程開(kāi)始之后,CACHE寄存器變?yōu)榭?,可以繼續裝載下一個(gè)數據,這樣內部的編程和數據的裝載并行進(jìn)行,提高了編程速度。

內部數據搬移命令(INTERNAL DATA MOVE)也使用內部CAHCE寄存器,通常搬移數據需要很長(cháng)時(shí)間,通過(guò)使用內部CACHE寄存器和數據寄存器,數據的搬移速度大大增加,且不需要使用外部?jì)却妗?

2. 功能框圖

實(shí)例講解NAND Flash原理和使用

3. 管腳

名稱(chēng)

類(lèi)型

描述

ALE

I

地址鎖存使能。ALE為高時(shí),在WE#下降沿,地址信息通過(guò)I/O[7:0]鎖存片內的地址寄存器。如果傳輸的不是地址信息,ALE應該為低。

CE#

I

片選。一旦器件進(jìn)入PROGRAM或ERASE操作,CE#可以變無(wú)效。

CLE

I

命令鎖存使能。CLE為高時(shí),在WE#上升沿,命令通過(guò)I/O[7:0]鎖存到命令寄存器,當不傳輸命令時(shí),CLE應該為低。

PRE

I

上電讀使能。

RE#

I

讀使能。

WE#

I

寫(xiě)使能。

WP#

I

寫(xiě)保護。當為低時(shí)候,所有的PROGRAM和ERASE都被禁止。

I/O[7:0]

I/O

數據輸入/輸出。傳輸命令、數據、地址。僅在讀操作時(shí),數據是輸出。

R/B#, R/B2

O

準備好/忙。集電極開(kāi)路輸出。外部需要接上拉電阻,這個(gè)腳表示芯片正在進(jìn)行PROGRAM或ERASE操作。在讀操作期間,表示數據正從陣列中傳輸到串行數據寄存器中,一旦這些操作完成,R/B#回到High-Z狀態(tài)。

Vcc

電源

電源

Vss

4. 尋址

實(shí)例講解NAND Flash原理和使用

Block地址和頁(yè)地址 = 實(shí)際的頁(yè)地址,希望通過(guò)這個(gè)圖,我們能理解塊、頁(yè)、塊地址,頁(yè)地址,列地址,備份空間,備份地址

實(shí)例講解NAND Flash原理和使用

Cycle

I/O7

I/O6

I/O5

I/O4

I/O3

I/O2

I/O1

I/O0

1

CA7

CA6

CA5

CA4

CA3

CA2

CA1

CA0

2

LOW

LOW

LOW

LOW

CA11

CA10

CA9

CA8

3

RA19

RA18

RA17

RA16

RA15

RA14

RA13

RA12

4

RA27

RA26

RA25

RA24

RA23

RA22

RA21

RA20

5

LOW

LOW

LOW

LOW

LOW

LOW

LOW

RA28

CAx:列地址;RAx=行地址

5. 總線(xiàn)操作

CLE

ALE

CE#

WE#

RE#

WP#

PRE#

MODE

H

L

L

上升沿

H

X

X

讀模式

命令輸入

L

H

L

上升沿

H

X

X

地址輸入

H

L

L

上升沿

H

H

X

寫(xiě)模式

命令輸入

L

H

L

上升沿

H

H

X

地址輸入

L

L

L

上升沿

H

H

X

數據輸入

L

L

L

H

下降沿

X

X

依次讀和數據輸出

L

L

L

H

H

X

X

在讀期間(忙)

X

X

X

X

X

H

X

在編程期間(忙)

X

X

X

X

X

H

X

在擦除期間(忙)

X

X

X

X

X

L

X

寫(xiě)保護

X

X

H

X

X

0V/Vcc

0V/Vcc

待機

上電自動(dòng)讀:在上電期間,PRE為VCC,3V VCC器件自動(dòng)傳輸[敏感詞]頁(yè)到數據寄存器,而無(wú)需要發(fā)布一個(gè)命令或地址鎖存序列。在VCC達到大約2.5V的時(shí)候,內部電壓檢測器觸發(fā)上電自動(dòng)讀功能。在[敏感詞]頁(yè)數據copy到數據寄存器過(guò)程中,R/B#為低,當copy結束后,R/B#變高,在RE#脈沖的作用下[敏感詞]頁(yè)數據可以依次輸出。

實(shí)例講解NAND Flash原理和使用

6. 命令表

操作

周期1

周期2

在忙期間有效

PAGE READ

0x00

0x30

NO

PAGE READ CACHE MODE START

0x31

-

NO

PAGE READ CACHE MODE START LAST

0x3F

-

NO

READ for INTERNAL DATA MOVE

0x00

0x35

NO

RANDOM DATA READ

0x05

0xE0

NO

READ ID

0x90

-

NO

READ STATUS

0x70

-

NO

PROGRAM PAGE

0x80

0x10

NO

PROGRAM PAGE CACHE

0x80

0x15

NO

PROGRAM for INTERNAL DATA MOVE

0x85

0x10

NO

RANDOM DATA INPUT for PROGRAM

0x85

-

NO

BLOCK ERASE

0x60

0xD0

NO

RESET

0xFF

-

YES

7. PAGE READ,0x00-0x30

實(shí)例講解NAND Flash原理和使用

5個(gè)地址周期,確定了讀出的起始地址,數據才RE#脈沖的作用下,從這個(gè)起始地址開(kāi)始依次輸出,直到這一頁(yè)的結束。

8. RANDOM DATA READ,0x05-0xE0

隨機數據讀,是為了用戶(hù)能夠設定新的列地址,增加數據讀出的靈活性,隨即讀模式在頁(yè)讀(0x00-0x30序列)后使能。這個(gè)命令的發(fā)布次數是不受限制的。但僅僅是當前頁(yè)數據的讀出。

實(shí)例講解NAND Flash原理和使用

9. PAGE READ CACHE MODE START,0x31;PAGE READ CACHE MODE START LAST,0x3F

發(fā)布PAGE READ命令后,在R/B#變高后,在發(fā)送0x31命令,這時(shí)啟動(dòng)將數據寄存器的內容傳給CACHE寄存器,然后就可以順序從CACHE里讀[敏感詞]個(gè)PAGE READ命令獲得數據,由于這是數據寄存器是沒(méi)有用的,因此,芯片自動(dòng)啟動(dòng)讀下一頁(yè)的PAGE READ命令,將下一頁(yè)讀到數據寄存器,可以看出這么做提高的讀出的速度,除了[敏感詞]個(gè)PAGE READ命令外,其他PAGE READ命令都是后臺自動(dòng)進(jìn)行的。再后一次使用0x3F命令,以便禁止芯片再次自動(dòng)發(fā)布PAGE READ命令。

實(shí)例講解NAND Flash原理和使用

10.READ ID,0x90

讀出廠(chǎng)家的芯片標識。

實(shí)例講解NAND Flash原理和使用

11. READ STATUS,0x70

實(shí)例講解NAND Flash原理和使用

讀出芯片的8bit狀態(tài)??梢酝ㄟ^(guò)RE#脈沖,反復讀。

12.編程操作

PROGRAM PAGE 0x80-0x10:

Micron NAND FLASH僅支持頁(yè)的編程,在一個(gè)塊以?xún)?,?yè)必須從一個(gè)塊的頁(yè)低位到這個(gè)塊的頁(yè)的高位連續編程,禁止隨機頁(yè)地址的編程。

芯片也支持頁(yè)的部分編程操作,這意味著(zhù)任何單個(gè)位在需要一個(gè)擦除之前僅可以被編程一次,然而,這種頁(yè)能被劃分成在需要一個(gè)擦除之前允許大8個(gè)編程操作。

SERIAL DATA INPUT 0x80:

PAGE PROGRAM操作要求加載SERAIL DATA INPUT(0x80)命令進(jìn)入命令寄存器,隨著(zhù)5個(gè)地址周期之后,串行數據通過(guò)連續的WE#周期加載到值得的起始地址,PROGRAM(0x10)命令在數據輸入完成之后被寫(xiě)入,內部寫(xiě)狀態(tài)周期自動(dòng)執行合適的編程算法,并控制所有必要的定時(shí)編程和比較操作。寫(xiě)比較僅僅檢測“1”是否被成功地編程為“0”了。

R/B#在陣列編程期間(tPROG)為低,在編程操作期間,僅READ STATUS和RESET命令有效,狀態(tài)寄存器的Bit6反映R/B#的狀態(tài),當芯片準備好時(shí),讀Bit0的狀態(tài)確定編程操作是否成功或失敗,命令寄存器在新的有效命令寫(xiě)入之前,一直停留在讀狀態(tài)寄存器模式。

實(shí)例講解NAND Flash原理和使用

RANDOM DATA INPUT 0x85:

在發(fā)起

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