本文主要是介绍“Flash闪存”介绍 及 “SD NAND Flash”产品的测试含例程,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
“Flash闪存”介绍 及 “SD NAND Flash”产品的测试含例程
文章目录
- 一、“FLASH闪存”是什么?
- 1. 简介
- 2. 特点
- 3. 未来发展
- 二、SD NAND Flash
- 1. 概述
- 2. 特点
- 3. 引脚分配
- 4. 数据传输模式
- 5. SD NAND寄存器
- 6. 通电图
- 7. 参考设计
- 三、STM32测试例程
三、STM32测试例程
本篇除了对flash闪存进行简单介绍外,另给读者推荐一种我本人也在用的小容量闪存。
自带ECC校验,坏块管理,均衡读写,垃圾回收的SD NAND Flash(贴片式TF卡),尺寸小巧,简单易用,兼容性强,稳定可靠,标准SDIO接口,兼容SPI,兼容拔插式TF卡/SD卡,可替代普通TF卡/SD卡,尺寸最小是6mmx8mm,读取速度高大20MB/S写入速度高达10MB/S,适合大部分的应用场景,并且标准的SD 2.0协议使得用户可以直接移植标准驱动代码,省去了驱动代码编程环节。
该 SD NAND Flash 产品由“深圳市雷龙发展有限公司”提供,获取更多学习资料可移步“雷龙发展”
下面我也将以该公司下的“二代 CSNP32GCR01-AOW”为例展开介绍
一、“FLASH闪存”是什么?
1. 简介
Flash是近些年应用最广、速度最快的只读存储器,原理是从 EEPROM 基础上改进发展来的,特点是擦除和编程速度快,因此得名为闪速(或闪烁)存储器,简称闪存。
NOR Flash 和 NAND Flash 是现在市场上两种主要的闪存技术。Intel于1988年首先开发出 NOR Flash 技术,彻底改变了原先由 EPROM 和 EEPROM 一统天下的局面。紧接着,1989年,东芝公司发表了 NAND Flash 结构,后者的单元电路尺寸几乎只是 NOR 器件的一半,可以在给定的芯片尺寸内提供更高的容量,也就相应地降低了价格。
NOR Flash 的特点是以字节为单位随机存取。这样,应用程序可以直接在 Flash中执行,不必再把程序代码预先读到 RAM 中。NOR Flash的接口一般以SPI为主,与通常的扩展存储器一样,可以直接连接到处理器的外围总线上。
NAND Flash应该是目前最热门的存储芯片了。因为我们生活中经常使用的电子产品都会涉及到它。比如你买手机,肯定会考虑64GB,还是256GB?买笔记本是买256GB,还是512GB容量的硬盘呢?(目前电脑大部分采用了基于 NAND Flash 产品的固态硬盘)。
NAND Flash 主要分为SLC,MLC,TLC,3D TLC ,3DQLC等,随时科技的发展和大众的需求,单位面积内的存储容量越来越大。SLC是指单个存储单元中,能容纳1bit 代表2种状态,0或者1. MLC 则是指单个存储单元中,能容纳2bit,代表4种状态 ,00,01,10,11。 TLC 则是指单个存储单元中,能容纳3bit,代表8种状态,000,001,010,011,100,101,110,111。最开始整个存储单元是2D展开的,也就是平面的,随着需要在单位空间内容纳更多的信息,就开始类似盖楼房一样,在3D也就是立体的方面来发展了。
2. 特点
性能
flash闪存是非易失存储器,可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行,所以大多数情况下,在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件执行擦除操作是十分简单的,而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为1。
由于擦除NOR器件时是以64~128KB的块进行的,执行一个写入/擦除操作的时间为5s,与此相反,擦除NAND器件是以8~32KB的块进行的,执行相同的操作最多只需要4ms。
执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NADN之间的性能差距,统计表明,对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时),更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进行。这样,当选择存储解决方案时,设计师必须权衡以下的各项因素。
● NOR的读速度比NAND稍快一些。
● NAND的写入速度比NOR快很多。
● NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。
● 大多数写入操作需要先进行擦除操作。
● NAND的擦除单元更小,相应的擦除电路更少。
可靠性
采用flash介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性。对于需要扩展MTBF的系统来说,Flash是非常合适的存储方案。可以从寿命(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较NOR和NAND的可靠性。
耐用性
在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。NAND存储器除了具有10比1的块擦除周期优势,典型的NAND块尺寸要比NOR器件小8倍,每个NAND存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。
易于使用
可以非常直接地使用基于NOR的闪存,可以像其他存储器那样连接,并可以在上面直接运行代码。
由于需要I/O接口,NAND要复杂得多。各种NAND器件的存取方法因厂家而异。
在使用NAND器件时,必须先写入驱动程序,才能继续执行其他操作。向NAND器件写入信息需要相当的技巧,因为设计师绝不能向坏块写入,这就意味着在NAND器件上自始至终都必须进行虚拟映射。创世的SD NAND就内置了坏块管理和ECC校验等功能,方便工程师更好的使用NAND FLASH。
如果在产品中选择nor flash 还是NAND FLASH,更多的时候是从容量角度来考量,如果存储的内容大于128Mbit 就选择NAND Flash ,小于128Mbit就选择 Nor flash。Nor flash受限于自己的工艺,大于128Mbit的容量,价格就会比128MB SLC NANDFLASH的价格还要贵。
3. 未来发展
当前,NAND flash正在从 2D 发展到 3D。对于 2D NAND flash,如果在同一区域实现更多的单元数量,形成更小的工作区和栅级,便能增大存储容量。直至 2010 年初,2D NAND flash中的扩展一直是这项技术的主要焦点所在;然而,由于内部结构的限制,且储存数据会随时间推移而丢失导致使用寿命缩短,2D的技术已无法再实现扩展。
因此,3D NAND flash逐渐取而代之,成为业界关注焦点,现在所有 NAND 制造商都在开发和制造 3D NAND flash产品。
在 3D NAND flash 的结构中,存储容量会随着三维叠层中堆叠层数的增加而变大,类似盖楼房,一层一层叠加上去。3D NAND flash 使用了堆叠多层氮氧化物的方法,形成一个被称为“塞子”的垂直深孔,在其中形成一个由氧化物-氮化物-氧化物制成的存储设备。通过这种方法,仅需少量工艺即可同时形成大量单元。在 3D NAND flash 中,电流通过位于圆柱单元中心的多晶硅通道,便能根据存储在氮化硅中的电荷类型实现存储编程和擦除信息。虽然2D NAND flash 技术发展的目标是实现形成较小的单元, 3D NAND flash 的核心技术却是实现更多层数的三维堆叠。
二、SD NAND Flash
这里我以贴片式TF卡“CSNP32GCR01-AOW” (内置MLC的存储单元)型号为例介绍
1. 概述
CSNP32GCR01-AOW是基于NAND闪存和SD控制器的32Gb密度嵌入式存储。该产品与原始NAND相比,它有许多优点,包括嵌入式坏块管理和更强的嵌入式ECC。即使在异常断电的情况下,它仍然可以安全地保存数据。
2. 特点
接口:标准SD规范2.0版,带有1-I/O和4-I/O。
电源:Vcc=2.7V-3.6V
默认模式:可变时钟频率0-25 MHz,最高12.5 MB/秒接口速度(使用4条并行数据线)
高速模式:可变时钟频率0-50 MHz,最高25 MB/秒接口速度(使用4条并行数据线)
工作温度:-25°C至+85°C
储存温度:-40°C至+85°C
备用电流:<250uA
开关功能命令支持高速、电子商务和未来功能
内存字段错误的纠正
内容保护机制-符合SDMI标准的最高安全性。
SD NAND的密码保护(CMD42-锁定和解锁)
使用机械开关的写保护功能
内置写保护功能(永久和临时)
特定于应用程序的命令
3. 引脚分配
4. 数据传输模式
5. SD NAND寄存器
SDNAND接口中定义了六个寄存器:OCR、CID、CSD、RCA、DSR和SCR。这些信息只能通过
相应的命令。OCR、CID、CSD和SCR寄存器携带SDNAND/内容特定信息,而RCA、DSR寄存器是存储实际配置参数的配置寄存器(这里选取俩个寄存器进行展示)。
CID register
SCR register
6. 通电图
通电时间
7. 参考设计
Tips: RDAT和RCMD(10K~100 kΩ)是上拉电阻器,当SDNAND处于a状态时,保护CMD和DAT线路不受总线浮动的影响;在高阻抗模式,即使主机仅在SD模式下使用SDNAND作为1位模式,主机也应通过RDAT上拉所有DAT0-3线。它是建议VCC上有2.2uF电容。RCLK参考0~120Ω。
三、STM32测试例程
- 初始化
SD_Error SD_Init(void)
{
uint32_t i = 0;
/*!< Initialize SD_SPI */
GPIO_Configuration();
/*!< SD chip select high */
SD_CS_HIGH();
/!< Send dummy byte 0xFF, 10 times with CS high /
/!< Rise CS and MOSI for 80 clocks cycles /
for (i = 0; i <= 9; i++)
{
/!< Send dummy byte 0xFF /
SD_WriteByte(SD_DUMMY_BYTE);
}
//获取卡的类型,最多尝试10次
i=0;
do
{
/------------Put SD in SPI mode--------------/
/*!< SD initialized and set to SPI mode properly */
SD_GoIdleState();
/Get card type/
SD_GetCardType();
}while(SD_Type == SD_TYPE_NOT_SD && i++ >10);
//不支持的卡
if(SD_Type == SD_TYPE_NOT_SD)
return SD_RESPONSE_FAILURE;
return SD_GetCardInfo(&SDCardInfo);
}
2. 但数据块测试
void SD_SingleBlockTest(void)
{
/------------------- Block Read/Write --------------------------/
/* Fill the buffer to send */
Fill_Buffer(Buffer_Block_Tx, BLOCK_SIZE, 0x320F);
if (Status == SD_RESPONSE_NO_ERROR)
{
/* Write block of 512 bytes on address 0 /
Status = SD_WriteBlock(Buffer_Block_Tx, 0x00, BLOCK_SIZE);
/ Check if the Transfer is finished */
}
if (Status == SD_RESPONSE_NO_ERROR)
{
/* Read block of 512 bytes from address 0 */
Status = SD_ReadBlock(Buffer_Block_Rx, 0x00, BLOCK_SIZE);
}
/* Check the correctness of written data */
if (Status == SD_RESPONSE_NO_ERROR)
{
TransferStatus1 = Buffercmp(Buffer_Block_Tx, Buffer_Block_Rx, BLOCK_SIZE);
}
if(TransferStatus1 == PASSED)
{
LED2_ON;
printf(“Single block 测试成功!\n”);
}
else
{
LED1_ON;
printf(“Single block 测试失败,请确保SD卡正确接入开发板,或换一张SD卡测试!\n”);
}
}
3. 多数据块测试
void SD_MultiBlockTest(void)
{
/--------------- Multiple Block Read/Write ---------------------/
/* Fill the buffer to send */
Fill_Buffer(Buffer_MultiBlock_Tx, MULTI_BUFFER_SIZE, 0x0);
if (Status == SD_RESPONSE_NO_ERROR)
{
/* Write multiple block of many bytes on address 0 /
Status = SD_WriteMultiBlocks(Buffer_MultiBlock_Tx, 0x00, BLOCK_SIZE, NUMBER_OF_BLOCKS);
/ Check if the Transfer is finished */
}
if (Status == SD_RESPONSE_NO_ERROR)
{
/* Read block of many bytes from address 0 /
Status = SD_ReadMultiBlocks(Buffer_MultiBlock_Rx, 0x00, BLOCK_SIZE, NUMBER_OF_BLOCKS);
/ Check if the Transfer is finished */
}
/* Check the correctness of written data */
if (Status == SD_RESPONSE_NO_ERROR)
{
TransferStatus2 = Buffercmp(Buffer_MultiBlock_Tx, Buffer_MultiBlock_Rx, MULTI_BUFFER_SIZE);
}
if(TransferStatus2 == PASSED)
{
LED2_ON;
printf(“Multi block 测试成功!”);
}
else
{
LED1_ON;
printf(“Multi block 测试失败,请确保SD卡正确接入开发板,或换一张SD卡测试!”);
}
}
4. 状态缓冲
TestStatus Buffercmp(uint8_t* pBuffer1, uint8_t* pBuffer2, uint32_t BufferLength)
{
while (BufferLength–)
{
if (*pBuffer1 != *pBuffer2)
{
return FAILED;
}
pBuffer1++;
pBuffer2++;
}
return PASSED;
}
void Fill_Buffer(uint8_t *pBuffer, uint32_t BufferLength, uint32_t Offset)
{
uint16_t index = 0;
/* Put in global buffer same values */
for (index = 0; index < BufferLength; index++)
{
pBuffer[index] = index + Offset;
}
}
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