嵌入式系统中Nand-Flash的原理及应用
Nand-flash存储器是flash存储器的-种，其内部采用非线性宏单元模式，为固态大容量存储器的实现提供了廉价有效的解决方案。Nand-flash存储器具有容量较大，改写速度快，适用于大量资料的存储，因而在业界得到了越来越广泛的应用，如嵌入式产品中包括数码相机、MP3随身听记忆卡、体积小巧的U盘等。
本文以三星公司的K9F1208UOB芯片为例，介绍Nand-flash存储器芯片的读写流程和时序。
1 Nand-Flash存储器的工作原理
1.1 Nand-Flash存储器的组成结构及指令集
K9F1208UOB的容量为64Mb，存储空间按128K个页(行)、每页中528个字节(列)的组成方式构成。备用的16列，位于列地址的512-527。K9F1208UOB还将存储空间分为块(block)，每1块由32个页构成。因此K9F1208UOB中一共有4096个块。这种“块-页”结构，恰好能满足文件系统中划分簇和扇区的结构要求。K9F1208UOB的内部结构如图1所示。
图1 K9F1208UOB的内部结构
K9F1208UOB的读和写都以页为单位，擦除则以块为单位进行操作。
K9F1208UOB的地址通过8位端口传送，有效地节省了引脚的数量，并能够保持不同密度器件引脚的一致性，系统可以在电路不作改动的情况下升级为高容量存储器件。
K9F1208UOB通过CLE和ALE信号线实现I/O口上指令和地址的复用。指令、地址和数据都通过拉低WE和CE从I/O口写入器件中。有一些指令只需要一个总线周期完成，例如，复位指令、读指令和状态读指令等;另外一些指令，例如页写入和块擦除，则需要2个周期，其中一个周期用来启动，而另一个周期用来执行。
1.2 Nand-Flash操作
1.2.1 页读操作
在初始上电时，器件进入缺省的“读方式1模式”。在这一模式下，页读操作通过将00h指令写入指令寄存器，接着写入3个地址(1个列地址，2个行地址)来启动。一旦页读指令被器件锁存，下面的页读操作就不需要再重复写入指令了。
写入指令和地址后，处理器可以通过对信号线R/B的分析来判断该操作是否完成。如果信号为低电平，表示器件正“忙”;为高电平，说明器件内部操作完成，要读取的数据被送入了数据寄存器。外部控制器可以在以50ns为周期的连续RE脉冲信号的控制下，从I/O口依次读出数据。连续页读操作中，输出的数据是从指定的列地址开始，直到该页的最后-个列地址的数据为止。
1.2.2 页写操作
K9F1208UOB的写入操作也以页为单位。写入必须在擦除之后，否则写入将出错。
页写入周期总共包括3个步骤：写入串行数据输入指令(80h)，然后写入3个字节的地址信息，最后串行写入数据。串行写入的数据最多为528字节，它们首先被写入器件内的页寄存器，接着器件进入一个内部写入过程，将数据从页寄存器写入存储宏单元。
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