摘 要： 介紹了閃速存儲器(Flash Memory)的公共閃存接口(CFI)結(jié)構(gòu)，以及系統(tǒng)軟件如何利用CFI獲取Flash Memory的各種參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對各種Flash Memory的程序設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞： 閃速存儲器 公共閃存接口CFI 命令用戶接口CUI
自從Intel公司于1988年推出了可快速擦寫的非易失性存儲器Flash Memory以來，快速擦寫存儲器Flash Memory技術(shù)就得到了非常迅速的發(fā)展。這主要是由于Flash Memory具有不需要存儲電容器、集成度更高、制造成本低于DRAM、使用方便，讀寫靈活、訪問速度快、斷電后不丟失信息等特點(diǎn)。
雖然Flash Memory應(yīng)用越來越廣泛，但由于生產(chǎn)Flash Memory的半導(dǎo)體制造商眾多，不同廠商Flash Memory產(chǎn)品的操作命令集和電氣參數(shù)又千差萬別，這給Flash Memory的開發(fā)設(shè)計(jì)人員和OEM制造商帶來許多不便。為了對現(xiàn)有的Flash Memory的產(chǎn)品進(jìn)行升級或使用其它公司的Flash Memory產(chǎn)品替換，必須對原有的程序代碼和硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。為解決上述原因所引發(fā)的問題，迫切需要Flash Memory制造商提出一個(gè)公共的標(biāo)準(zhǔn)解決方案，在這樣的背景下，公共閃存接口(Common Flash Interface，簡稱CFI)誕生了，CFI是一個(gè)公開的標(biāo)準(zhǔn)的從Flash Memory器件中讀取數(shù)據(jù)的接口。它可以使系統(tǒng)軟件查詢已安裝的Flash Memory器件的各種參數(shù)，包括器件陣列結(jié)構(gòu)參數(shù)、電氣和時(shí)間參數(shù)以及器件支持的功能等。利用CFI可以不用修改系統(tǒng)軟件就可以用新型的和改進(jìn)的產(chǎn)品代替舊版本的產(chǎn)品。例如：如果新型的Flash Memory的擦除時(shí)間只有舊版本的一半，系統(tǒng)軟件只要通過CFI讀取新器件的擦除時(shí)間等參數(shù)，修改一下定時(shí)器的時(shí)間參數(shù)即可。為了充分有效地利用CFI所提供的功能，有必要了解一下以下幾個(gè)方面的問題。
1 Flash Memory的工作方式
對Flash Memory芯片的所有操作都是通過芯片的命令用戶接口(CUI)來實(shí)現(xiàn)的，命令用戶接口是微處理器或微控制器與芯片內(nèi)部操作之間的界面。當(dāng)通過CUI寫入不同的控制命令時(shí)，F(xiàn)lash Memory從一個(gè)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)工作狀態(tài)，其常見的工作狀態(tài)分為以下幾種。
1.1 讀存儲單元操作
在Flash Memory芯片上電以后，或者從深度低功耗狀態(tài)返回以后，芯片就處于讀存儲單元狀態(tài)。可通過寫入復(fù)位命令進(jìn)入讀存儲單元狀態(tài)。此時(shí)可以讀取Flash Memory芯片存儲單元的內(nèi)容，讀存儲單元的操作與SRAM相同,但不同公司的產(chǎn)品邏輯電源供電電壓(Vcc)是不同的。
1.2 擦除操作
對Flash Memory芯片進(jìn)行擦除操作時(shí)，由于Flash Memory采用模塊分區(qū)的陣列結(jié)構(gòu)，使得各個(gè)存儲模塊可以被獨(dú)立地擦除，當(dāng)給出的地址是在模塊地址范圍之內(nèi)且向命令用戶接口寫入模塊擦除命令時(shí)，相應(yīng)的模塊就被擦除。在執(zhí)行擦除操作時(shí)有三個(gè)問題需要注意：(1)由于Flash Memory采用模塊分區(qū)的陣列結(jié)構(gòu)，不同型號的Flash Memory產(chǎn)品模塊分區(qū)的數(shù)量和每個(gè)分區(qū)的大小是不一樣的；(2)不同型號的Flash Memory產(chǎn)品在執(zhí)行擦除操作時(shí)，擦除電壓是不一樣的；(3)不同型號的Flash Memory產(chǎn)品整片擦除時(shí)間和每個(gè)模塊分區(qū)的擦除時(shí)間參數(shù)是不同的。
1.3 編程操作
Flash Memory 的編程操作是自動字節(jié)編程，既可以是順序?qū)懭耄部梢允侵付ǖ刂穼懭搿Ｏ蛴脩裘罱涌趯懭胱止?jié)編程命令時(shí)，芯片自動進(jìn)行字節(jié)編程和編程校驗(yàn)。在執(zhí)行編程操作時(shí)有兩個(gè)問題需要注意：(1)對不同型號的Flash Memory產(chǎn)品進(jìn)行編程操作時(shí)編程電壓是不一樣的；(2)不同型號的Flash Memory產(chǎn)品字節(jié)/字編程時(shí)間是不同的。所有這些問題都是在系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮的問題。
除了以上所提到的常見的三種工作方式外，F(xiàn)lash Memory還有芯片復(fù)位、讀標(biāo)識碼、擦除掛起和擦除恢復(fù)等工作方式，只不過這幾種工作方式在程序設(shè)計(jì)時(shí)幾乎不需要考慮什么問題，只要輸入正確的命令字即可，但是不同公司的Flash Memory命令控制字是不同的。前面所遇到的問題，都可以通過CFI來解決，但首先要保證待操作的Flash Memory是一個(gè)CFI使能的器件。
2 CFI使能器件的識別
為了確定一個(gè)閃速存儲器是否是一個(gè)CFI使能的Flash Memory器件，系統(tǒng)軟件首先要通過CUI往閃速存儲器的地址55H寫入數(shù)據(jù)98H，然后從器件的地址10H處開始通過數(shù)據(jù)總線連續(xù)讀取3個(gè)存儲單元中的內(nèi)容，如果數(shù)據(jù)總線返回的3個(gè)存儲單元的字符分別為‘Q’、‘R’和‘Y’，那么該器件是一個(gè)CFI使能的Flash Memory器件。
由于Flash Memory內(nèi)部的陣列結(jié)構(gòu)各不相同，從器件返回查詢字符‘Q’的地址和數(shù)量亦不同。目前常見的Flash Memory內(nèi)部陣列結(jié)構(gòu)主要有以下三種模式：
(1) 單片×16結(jié)構(gòu)，該芯片有8位訪問能力，但只能操作在16位總線模式；
(2) 雙片×8/16結(jié)構(gòu)，每片既有8位又有16位總線存儲模式，但每片僅能操作在8位總線模式,整個(gè)芯片陣列結(jié)構(gòu)為16位總線；
(3) 雙片×16結(jié)構(gòu)，每片僅有8位總線存儲模式，且每片僅能操作在8位總線模式,整個(gè)芯片陣列結(jié)構(gòu)為16位總線。
在判決一個(gè)Flash Memory是CFI使能器件后，軟件程序要根據(jù)從器件返回的查詢字符＇Q＇的數(shù)量來確定Flash Memory的陣列結(jié)構(gòu)，并以此來保證對器件正確的讀寫操作。
3 公共閃存接口的結(jié)構(gòu)
在識別器件為CFI使能器件后，通過查詢命令來讀取CFI查詢結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)的地址和含義如表1，在表1中地址13H處為制造商命令集和控制接口識別碼ID信息，其數(shù)據(jù)代表的含義如表2所示。
表1 CFI數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(數(shù)據(jù)庫)的地址和含義表
地址 長度 含 義 舉例 Intel
28F800BVT
10H 03H 查詢ASCII 10:0051H ‘Q’
字符串 11:0052H ‘R’
“QRY” 12:0059H ‘Y’
13H 02H 制造商命令集 13:0003H
和控制接口 14:0000H
識別碼ID
1BH 01H 邏輯供電 1B:0030H
Vcc最小電壓 (3伏)
位7－4:BCD
伏
位3－0:BCD
100毫伏
1CH 01H 邏輯供電 1C:0055H
Vcc最大電壓 (5.5伏)
位7－4:BCD
伏
位3－0:BCD
100毫伏
1DH 01H 編程/擦除供電 1B:0045H
Vpp最小電壓 (4.5伏)
位7－4:BCD
伏
位3－0:BCD
100毫伏
1EH 01H 編程/擦除供電Vpp 1C:00C6H
最大電壓 (12.6伏)
位7－4:BCD
伏
位3－0:BCD
100毫伏
1FH 01H 典型單字節(jié)/字 1F:0003H
寫周期定時(shí) N＝3，8微秒
時(shí)間,2N微秒
21H 01H 典型單塊擦 21:000AH
除定時(shí)時(shí)間, (1.024秒)
2N毫秒
22H 01H 典型整片擦 22:0000H
除定時(shí)時(shí)間, (不支持)
2N毫秒
23H 01H 單字節(jié)/字寫周期 23:0004H
最大定時(shí)時(shí)間, 24×8微秒
2N×典型單字節(jié)/字
寫周期定時(shí)時(shí)間
25H 01H 單塊擦除最大 23:0004H
定時(shí)時(shí)間, 24×1.024秒
2N×典型單塊
擦除定時(shí)時(shí)間
26H 01H 整片擦除最大 26:0000H
定時(shí)時(shí)間, (不支持)
2N×典型整片
擦除定時(shí)時(shí)間
27H 01H 器件體積＝ 27:0014H
2N字節(jié) 214＝1M字節(jié)
28H 02H Flash器件接口 28:0002H
識別碼ID 29:0000H
2CH 01H 器件可擦除塊 2C:0004H
區(qū)域個(gè)數(shù) 4個(gè)擦除塊
Bit＝7－0＝可
擦除塊個(gè)數(shù)
2DH 04H 擦除塊區(qū)域1 2D:0006H
信息: 2E:0000H
bits 31－16 7個(gè)擦除塊
＝z,該區(qū)域每個(gè) 2F:0000H
擦除塊體積＝ 30:0002H
z×256字節(jié) 256×200H
bits 15－0＝y(tǒng), ＝128K字節(jié)
該擦除塊區(qū)域內(nèi)
含同樣體積
擦除塊的個(gè)數(shù)
＝y(tǒng)＋1
31H 04H 擦除塊區(qū)域2 31:0000H
信息: 32:0000H
33:0080H
34:0001H
35H 04H 擦除塊區(qū)域3 35:0001H
信息: 36:0000H
37:0020H
38:0001H
39H 04H 擦除塊區(qū)域4 39:0000H
信息: 3A:0000H
3B:0040H
3C:0000H
表2 制造商命令集和控制接口識別碼ID定義表
數(shù)值 制造商 ????? 含 義
0000H 空
0001H Intel/ Intel/Sharp擴(kuò)展命令集
Sharp
0002H AMD/ AMD/Fujitsu標(biāo)準(zhǔn)命令集
Fujitsu
0003H Intel ? ? Intel標(biāo)準(zhǔn)命令集
0004H AMD/ AMD/Fujitsu擴(kuò)展命令集
Fujitsu
0100H Mitsubishi Mitsubishi標(biāo)準(zhǔn)命令集
0101H Mitsubishi Mitsubishi擴(kuò)展命令集
FFFFH N/A 保 留
4 CFI查詢操作軟件流程
從表1中可以看到CFI提供了一種公開的標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)軟件能夠利用這些信息使用不同制造商的命令集、調(diào)整擦除和編程定時(shí)時(shí)間、根據(jù)擦除塊區(qū)域信息調(diào)整存儲器體積大小等。系統(tǒng)軟件要在CFI查詢操作中讀取CFI提供的主要數(shù)據(jù)信息，利用這些信息很容易對各種Flash Memory進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。CFI的查詢操作的程序框圖如圖1所示。
參考文獻(xiàn)
1 Common Flash Interface (CFI) and Command Sets. Intel Corporation, 1997(11)
2 Common Flash Memory interface Specification.Intel Corporation,1997(5)
3 Common Flash Memory Interface Publication 100.AMD Corporation, 1996(7)
4 竇振中.單片機(jī)外圍器件使用手冊:存儲器分冊. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1998.4