FLASH电路如何设计？

各位同学大家好，欢迎继续做客电子工程学习圈，今天我们继续来讲这本书，硬件系统工程师宝典。

上篇我们了解了存储器可分为RAM和ROM，根据不同特性也可以逐级细分，并且简单介绍了EEPROM。今天我们讲一讲FLASH有哪几种？

NOR FLASH

目前常用的FLASH主要有NOR FLASH和NAND FLASH两种

NOR技术（也称Linear技术）源于传统的EEPROM器件，具有高可靠性、随机读取速度快的优势，用于擦除和编程操作较少、直接执行代码的场合，如PC的BIOS固件等。

NOR技术的Flash Memory具有以下特点。

1.程序和数据可存放在同一芯片，拥有独立的数据总线和地址总线，能快速随机读取，允许系统直接从Flash中读取代码执行，无须先将代码下载至RAM中再执行。

2.可以单字节或单字编程，但不能单字节擦除，必须以块为单位或整片擦除，由于采用NOR技术的Flash Memory擦除和编程速度较慢，在纯数据存储和文件存储的应用中，NOR技术显得力不从心。

下面以S29GL128P为例说明，NOR FLASH的引脚定义和设计描述。

S29GL128P电路设计

查阅S29GL128P的Datasheet可知：

1.A25~A0是地址信号输入通道，需与CPU的存储专用地址总线相连

2.DQ15,DQ14~DQ0是数据信号，需要与CPU的存储数据总线相连

3.CE为片选信号

4.OE为输出使能信号

5.WE写使能

6.VCC电源输入引脚

7.VIO通用I/O口的供电引脚，接VCC电源输入端

8.VSS低信号引脚

9.NC为不连接的引脚

10.RY/BY为输出信号，当输出低电平时表示器件在进行写入或擦除工作，当输出高电平时表示器件已准备就绪。

11.BYTE为输入信号，用于设置输入数据信号的宽度8bit或16bit

12.WP/ACC为写保护或编程加速控制，当为低电平时为写保护功能，当为高电平时为编程加速，在设计时一般都上拉处理。

13.RFU为保留引脚不连接。

NAND FLASH

采用NAND技术的Flash Memory的特点

1.NAND FLASH以页为单位进行读和编程操作，1页为256B或512B，因此NAND FLASH不用来直接运行程序，需将代码下载到RAM中再运行。NAND FLASH以块为单位进行擦除操作，1块为4KB、8KB或16KB；具有快编程和快擦除的功能，块擦除时间是2ms，而NOR技术的块擦除时间是几百ms。

2.数据、地址采用同一总线，实现串行读取，随机读取速度慢且不能按字节随机编程。

3.芯片尺寸小，成本低

4.芯片包含失效块，其最大数目可达到3~35块取决于存储器密度。失效块不会影响有效块的性能。设计者需要将失效块在地址映射表中屏蔽起来。

从存储单元的角度考虑，NAND FLASH可分为SLC（Single Level Cell，单层单元）和MLC（Multi-Level Cell，多层单元）。SLC的特点是成本高、容量小、速度快，而MLC的特点是容量大、成本低，但是速度慢。MLC由于存储单元中存放资料较多，结构相对复杂，出错的概率增加，必须进行错误修正，这个修正的动作使得MLC的性能大幅落后于SLC闪存。实际使用时，需要根据程序运行的机制及需求选择合适的Flash存储。

下面作者举例了K9F2G08U0C的引脚和电路设计

K9F2G08U0C-S NAND FLASH的电路设计

K9F2G08U0C是Samsung的一款采用SLC架构的2GB NAND FLASH，如上所示为K9F2G08U0C的电路设计：

1.I/O[7:0]：数据的输入/输出引脚，输入数据的内容包含命令、地址和数据，当进行读取操作时向外输出数据。

2.CLE：命令加载使能，CLE高电平有效，当写使能有效时，通过I/O[7:0]将命令加载到NAND FLASH。

3.ALE：地址加载使能，CLE高电平有效，当写使能有效时，通过I/O[7:0]将地址加载到NAND FLASH。

4.CE：片选信号，低电平有效，当不片选芯片时，I/O口的逻辑状态为高阻态。

5.RE：读取数据使能，低电平有效。

6.WE：写数据使能，低电平有效。

7.WP：写保护，在电路设计中一般上拉处理。

8.R/B：可以输出两种状态，用于指示芯片工作或禁止状态。

9.VCC/VSS：电源网络/地网络

10.NC：没有连接。

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NAND flash 信号线的理解

上一篇我们已经讲了NAND flash的分类，这一篇介绍NAND flash 的硬件接口。例如

由NAND Flash的原理图封装，然后查看芯片手册。

由图可知：IO0-IO7:既可传送数据也可传送地址，也可以送传命令。那到底是读是写，还是擦除？怎么区分IO0-IO7传送的是数据？地址？命令？ 那么就需要通过CLE与ALE的状态来区分了。

假如2440要读取A地址的数据，或将数据写入B地址。当CLE为高电平表示IO0-IO7传送的是命令；当ALE为高电平表示IO0-IO7传送的是地址；当ALE与CLE都为低电平的时候，表示IO0-IO7传送的是数据。

CE：片选。当2440要操作访问Nand的时候，首先必须选中。

RE:读信号，当RE为低的时候，表示数据由Nand流向2240;

WE:写信号,当RE为低电的时候，表示数据由2240流向Nand；

WP:写保护,只能写，不能擦除。

R/B:Ready信号，表示Nand Flash烧写完成

这些引脚具体怎么组合起来的，需要查看手册中的时序图。

发（写）命令的时序图：

首先CE发出片选信号，CLE发出高电平，IO 0-7将命令驱动出去，WE写脉冲，在写脉冲的上升沿，Nand flash在上升沿，将IO 0-7中数据读取出来。

发地址的时序图：

CE片选, ALE由低变高，IO 0-7驱动 数据，WE发出写脉冲。

输入（写）数据的时序图：

CE选中，ALE、CLE低电平，2440 IO 0-7驱动 数据，WE写信号，Nand flash根据ALE、CLE低电平，读取数据。

输出（读）数据的时序图：

CE低电平选中，RE由高变为低（Nand flash收到RE由高变低时，马上准备数据，然后在RE的上升沿将数据发送出去），Nand flash 驱动数据到IO 0-7，在上升沿，2440取数据。

2440这些引脚发出的数据，必须满足Nand flash的时序要求。需要查看2440芯片手册，查看设备哪个寄存器的某些位来控制时序

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