FLASH原理與應(yīng)用培訓(xùn)教材(共40張)(PPT 40頁)

1、FLASH Introduction第1頁，共40頁。目錄FLASH器件簡介FLASH應(yīng)用場合FLASH硬件設(shè)計(jì)FLASH軟件設(shè)計(jì)FLASH測試指標(biāo)FLASH應(yīng)用案例第2頁，共40頁。FLASH作為一種非易失性存儲器，在原理、技術(shù)和結(jié)構(gòu)上，與ROM、PROM、EPROM和EEPROM存儲器有著顯著不同。它是一種可快速擦除可現(xiàn)場編程的快擦寫存儲器。 這種特性決定了FLASH作為BIOS、在線擦寫和掉電保護(hù)數(shù)據(jù)和分區(qū)保護(hù)數(shù)據(jù)等場合有著廣泛的應(yīng)用。 FLASH是由一個(gè)帶浮柵的晶體管構(gòu)成，該晶體管的閾值電壓可通過在其柵極上施加電場而被反復(fù)改變（編程），結(jié)合了EPROM編程機(jī)制和EEPROM擦除特點(diǎn)。F

2、LASH器件簡介第3頁，共40頁。非易失性：掉電數(shù)據(jù)不會丟失 ROM特性在線更改數(shù)據(jù): RAM特性兼有ROM和RAM的特點(diǎn):塊結(jié)構(gòu)：Flash按塊操作的特點(diǎn)命令接口：可編程特性編程特點(diǎn)：編程之前必須擦除壽命限制：一般的Flash為10萬次的擦寫循環(huán)，20年的數(shù)據(jù)保持時(shí)間FLASH器件簡介第4頁，共40頁。容量:1Mbit(128K8bit)，4Mbit(512K8bit/256K 16bit)16Mbit(2M8bit/1M16bit)，32Mbit (2M16bit) 64Mbit(4M16bit),128Mbit(16M8bit/8M16bit)數(shù)據(jù)寬度：有2種數(shù)據(jù)總線寬度，byte、wo

3、rd(一般可配置）FLASH器件簡介第5頁，共40頁。Flash IC幾乎每塊單板上都有它的身影單板的BIOS載體都是Flash單板軟件，主機(jī)軟件的載體也是FlashFlash Card由Flash芯片和一些外圍控制電路組合而成可以存儲大量的數(shù)據(jù)，我司所用的容量為：128256512MB在我司應(yīng)用越來越廣泛FLASH應(yīng)用場合第6頁，共40頁。FLASH應(yīng)用場合 FLASH應(yīng)用于系統(tǒng)中，存放代碼、數(shù)據(jù)，主要有以下三種情況 1、只用來存儲BIOS程序，這部分器件有的需要插座，在生產(chǎn)線用編程器寫入程序后，插在已加工好的單板上使用；2、只用來存儲數(shù)據(jù)，如語音數(shù)據(jù)、話單數(shù)據(jù)、漢化字庫等，通過后臺進(jìn)行在線

4、加載，須要在加載程序中對不同廠家的ID號進(jìn)行識別；3、部分容量用來存儲BIOS程序，剩余容量用來存儲數(shù)據(jù)、程序等；系統(tǒng)上電開始工作，進(jìn)行后臺加載，BIOS程序可以是通過軟件車間燒好也可以是通過后臺加載，等BIOS程序運(yùn)行后，可以將其他程序或數(shù)據(jù)加載到其他FLASH器件上，也可以是對自身進(jìn)行加載；因此須要在加載程序中對不同廠家的ID號進(jìn)行識別；第7頁，共40頁。保留(不可CACHE)小系統(tǒng)(LPU_BASE)(不可Cache)大系統(tǒng)(LPU_MAIN)(不可CaChe)ROM_BASEROM_TEST_ADRROM_TOP_ADR0X100解壓縮后的BOOROM代碼COMPRESSEDBOOTR

5、OM代碼RAM_LOW_ADDRRAM_HIGH_ADDRBOOTROM(FLASH芯片)1、主機(jī)編譯BIOS代碼，通過JTAG加載線燒入BOOTROM，代碼的起始位置為BOOTROM基址偏移0X100。2、單板上電相當(dāng)于硬件產(chǎn)生了0X100的復(fù)位中斷，CPU從0X100的位置開始執(zhí)行代碼，上電時(shí)整個(gè)地址空間沒有劃分，各個(gè)外設(shè)的片選和基址都沒有初始化，硬件的片選默認(rèn)是切到BOOTROM，啟動(dòng)代碼開始運(yùn)行。3、最初的代碼是在BOOTROM中運(yùn)行的，首先關(guān)閉中斷，禁止CACHE，關(guān)閉默認(rèn)的基址寄存器，設(shè)置CPU寄存器，初始化內(nèi)存參數(shù)，配置內(nèi)存基址空間，大小，DEVICE BUS參數(shù)，實(shí)現(xiàn)從匯編向C

6、語言的跳轉(zhuǎn)，然后拷貝BOOTROM中的代碼到內(nèi)存的高端地址，解壓縮并執(zhí)行。FLASH應(yīng)用場合BIOS啟動(dòng)流程SDRAM第8頁，共40頁。FLASH硬件設(shè)計(jì)管腳分布不同型號的FLASH管腳可能不同，但基本都包括下面的部分：Vcc /Vccq/ Vpen / GND：電源A0-An：地址線D0-Dn：數(shù)據(jù)線CEn：片選信號OE： 輸出允許WE：寫入允許 / 對FLASH的編程、 擦除的狀態(tài)機(jī)進(jìn)行操作RP#（RST # ）：復(fù)位信號/POWER- DOWNBYTE#：數(shù)據(jù)寬度選擇WP#：寫保護(hù)信號STS（RY / BY#）：狀態(tài)指示Vcc AddrVpen DataCE0#CE2:1#WE#OE#R

7、P#BYTE#WP#STSGND第9頁，共40頁。FLASH硬件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)地址管腳對于不存在A-1/D15復(fù)用管腳的INTEL J3系列FLASH芯片，字節(jié)操作時(shí)，A0管腳選擇高低字節(jié)。字節(jié)操作時(shí)，A0接CPU低位地址輸出腳（注意區(qū)分INTEL和MOTORAL不同）；當(dāng)選擇字操作時(shí)（BYTE#=1）,A0懸空。 對于有DQ15/A-1管腳的（如MBM29LV160TE）芯片進(jìn)行字節(jié)操作時(shí)，DQ15/A-1 作為最低位地址線接CPU的A0（MOTOROLA 為 A31）。FLASH器件的地址線設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮兼容問題。即同一個(gè)系列FLASH中，引腳是相互兼容的情況，低容量存儲器中不使用的高位地址應(yīng)該通

8、過0歐姆電阻接到CPU的地址線上，這樣在單板發(fā)生FLASH容量升級時(shí)，無需單板硬件改板。第10頁，共40頁。STS：STS用于指示芯片內(nèi)部狀態(tài)，有效時(shí)可以是低電平輸出或脈沖輸出，一般接控制器的中斷輸入管腳。 配置為缺省模式時(shí)功能與RY/BY腳功能相同，當(dāng)內(nèi)部進(jìn)行擦除、編程或加鎖操作時(shí)，輸出低電平。因其為開漏輸出，設(shè)計(jì)中應(yīng)該加上拉電阻。/RP：復(fù)位/深度低功耗控制輸入線，低電平有效，可以使芯片處于深度低功耗狀態(tài)，鎖定自舉模塊，同時(shí)停止模塊擦除和字節(jié)編程操作以及使寫狀態(tài)機(jī)WSM復(fù)位，用以防止儲存單元被擦除或編程。這樣在電源變化的過渡期提供數(shù)據(jù)保護(hù)功能。一般用CPU的復(fù)位輸出控制該管腳。/BYTE：

9、字節(jié)選通信號，邏輯低表示工作在8模式，邏輯高表示工作在16模式。在通常的16模式設(shè)計(jì)中，該管腳接電阻上拉。FLASH硬件設(shè)計(jì)狀態(tài)控制管腳第11頁，共40頁。FLASH硬件設(shè)計(jì)狀態(tài)控制管腳/CE ：片選引腳，低電平有效。片選信號使能片內(nèi)：器件控制邏輯，輸入緩存，解碼器，感應(yīng)放大器。為了設(shè)計(jì)上的方便，有一些FLASH器件的有3個(gè)片選信號。芯片資料提供了使用真值表。 /OE /WE ：讀寫信號，低電平有效。某些芯片會有以下管腳：/WP ：當(dāng)WP為低電平時(shí)，保護(hù)塊不能通過軟件解鎖。 WP為高電平時(shí)，保護(hù)塊能夠通過軟件解鎖。 RY/BY ：為低電平時(shí)，表示當(dāng)前正在編程或擦除； 高電平時(shí)，表示準(zhǔn)備就緒，可

10、以進(jìn)行操作。與STS管腳功能相同第12頁，共40頁。FLASH硬件設(shè)計(jì)狀態(tài)控制管腳INTEL J3系列的/CE信號真值表如下所示：第13頁，共40頁。VCC：器件電源電壓，電源電壓Vlko(Lock-Out Voltage)時(shí)，所有的寫操作都會被禁止。電源電源在Vcc(min)和Vlko或者大于Vcc(max)時(shí)寫操作不可靠。VCCQ：輸出BUFFER電源電壓。如SST39VF160Q和INTEL的28F160/320C3/J3系列，前者VCCQ可以在2.7V-5.5V范圍內(nèi)調(diào)整以提高器件的靈活接口能力；而后者在3.3Vcc時(shí)的調(diào)整范圍為2.7V-3.6V。需要注意的是，如果端口電平無需調(diào)整，

11、VCCQ必須連接Vcc而不能懸空。VPEN：擦除、寫、塊保護(hù)的電壓使能管腳。當(dāng)VpenVpenlk時(shí)，以上操作被禁止，只允許讀狀態(tài)寄存器，廠商及器件ID，Query數(shù)據(jù)庫。 因此設(shè)計(jì)中應(yīng)上拉或直接與電源電壓接在一起。FLASH硬件設(shè)計(jì)電源管腳第14頁，共40頁。FLASH硬件設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)第15頁，共40頁。FLASH硬件設(shè)計(jì)讀寫操作讀操作：原理與普通SRAM一樣， 速度30ns-200ns，與操作電壓及器件工藝有直接關(guān)系，高速CPU要適當(dāng)增加讀等待周期以保證FLASH的可靠響應(yīng)。擦寫操作：為了降低意外操作導(dǎo)致FLASH數(shù)據(jù)被改寫的概率，設(shè)計(jì)了多周期指令FLASH指令序列。序列含多周期建立指令和

12、最后的啟動(dòng)指令，即向特殊地址寫入特定指令(此部分不占用可尋址單元)。擦寫最主要的特點(diǎn)在于其內(nèi)部狀態(tài)機(jī)(internal state machine)及指令序列(command sequences)的操作模式，通過其內(nèi)部狀態(tài)機(jī)的輸出來反映當(dāng)前擦寫的執(zhí)行狀態(tài)，擦寫時(shí)需執(zhí)行指令序列并同時(shí)檢測內(nèi)部狀態(tài)機(jī)的輸出以保證功能的正常執(zhí)行，因而FLASH存儲器需要較為復(fù)雜的軟件支持。第16頁，共40頁。FLASH軟件設(shè)計(jì)指令序列不同的廠家設(shè)計(jì)的指令序列都不同，例如：1）INTEL的器件為2周期指令；2）AMD，ST，MXIC，F(xiàn)UJITSU，HYUNDAI，TOSHIBA的器件為4或6周期指令；如下針對我們產(chǎn)品

13、常用的FUJITSU MBM29LV400TC器件作一些介紹，其為6周期指令序列。第17頁，共40頁。FLASH軟件設(shè)計(jì)內(nèi)部狀態(tài)擦寫和超時(shí)操作的內(nèi)部狀態(tài)主要包括兩種： Toggle：數(shù)據(jù)0/1翻轉(zhuǎn) Polling：數(shù)據(jù)為定值第18頁，共40頁。FLASH軟件設(shè)計(jì)Toggle檢測法當(dāng)擦寫正在進(jìn)行時(shí)，每執(zhí)行一次讀操作相應(yīng)的Toggle位都會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如果在未超時(shí)(DQ5=0)前Toggle位不再發(fā)生翻轉(zhuǎn)，表示此數(shù)據(jù)擦寫成功。如果超時(shí)(DQ5=1)后檢測Toggle位仍發(fā)生翻轉(zhuǎn)，則表明此次擦寫失敗。讀操作可以是任意地址空間，因Toggle位只與CE、OE和當(dāng)前內(nèi)部擦寫進(jìn)行的狀態(tài)有關(guān)。第19頁，共40

14、頁。FLASH軟件設(shè)計(jì)Polling檢測法當(dāng)編程操作正在進(jìn)行時(shí)，每執(zhí)行一次讀操作相應(yīng)的DQ7值與最后一次寫入的DQ7值相反，如果在未超時(shí)(DQ5=0)前DQ7值與最后一次寫入的DQ7值一致，表示此數(shù)據(jù)擦寫成功。如果超時(shí)(DQ5=1)后檢測的DQ7值仍為相反值，則表明此次編程失敗。擦除操作中對應(yīng)的DQ7值為0，為1時(shí)表明擦除成功。對于編程指令讀操作地址可以是任意地址空間，但對于擦除指令讀操作地址必須是正被擦除且未被保護(hù)的空間。第20頁，共40頁。FLASH軟件設(shè)計(jì)Read/Reset指令上電后器件自動(dòng)進(jìn)入Read/Reset狀態(tài)(FLASH硬復(fù)位信號有效后)，因此CPU自舉時(shí)不需要執(zhí)行Read/

15、Reset指令即可直接從FLASH中讀出數(shù)據(jù)，然而在進(jìn)行完擦除、編程指令序列操作后需要發(fā)送Read/Reset指令使FLASH存儲器恢復(fù)為讀數(shù)據(jù)狀態(tài)，否則下一個(gè)命令可能出錯(cuò)。從讀取廠商和器件信息的Autoselect狀態(tài)中跳出時(shí)需要執(zhí)行Read/Reset指令。當(dāng)擦寫時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，內(nèi)部狀態(tài)機(jī)計(jì)數(shù)器超過其最大值后需要通過檢測相應(yīng)的DQ5值為1，并執(zhí)行Read/Reset指令才能從擦寫失敗中跳出。第21頁，共40頁。LA采樣的MBM29LV400TC器件Read/Reset指令周期：FLASH軟件設(shè)計(jì)Read/Reset指令第22頁，共40頁。FLASH軟件設(shè)計(jì)Autoselect指令執(zhí)行Autos

16、elect指令后，即可從相應(yīng)的地址空間里讀出廠商和器件的ID信息，此時(shí)掃描扇區(qū)的地址空間可以獲得扇區(qū)的寫保護(hù)狀態(tài)，結(jié)束此操作狀態(tài)需要先執(zhí)行Read/Reset指令再執(zhí)行一次Autoselect指令才能退出。第23頁，共40頁。FLASH軟件設(shè)計(jì)Erase指令通過寫入芯片擦除指令或扇區(qū)擦除指令開始擦除操作，并通過Polling或Toggle方式檢測擦除是否正常結(jié)束。對于扇區(qū)擦除指令，分別在要擦除扇區(qū)的扇區(qū)地址內(nèi)寫入30H即可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)段的擦除，但兩次寫入的時(shí)間間隔不能超過50us，因最后一次寫入扇區(qū)地址的50us后芯片開始執(zhí)行擦除操作。第24頁，共40頁。FLASH軟件設(shè)計(jì)Erase指令如下

17、所示為FLASH的扇區(qū)空間地址，地址空間的大小并不相同，內(nèi)部狀態(tài)機(jī)通過對A12-A17地址線的譯碼從而實(shí)現(xiàn)扇區(qū)的區(qū)分。第25頁，共40頁。FLASH軟件設(shè)計(jì)Program指令通過寫入編程指令開始編程操作，每寫入一個(gè)數(shù)據(jù)需要通過Polling或Toggle方式檢測此地址的編程操作是否正常結(jié)束，如此循環(huán)直到把所有的數(shù)據(jù)都寫入FLASH。時(shí)序上在WE的下降沿鎖存編程字節(jié)的地址，在WE的上升沿鎖存所要編程的字節(jié)數(shù)據(jù)。注意：對于存取單元數(shù)據(jù)0不能被編程為1(執(zhí)行此操作可能掛死器件)，只有擦除操作才能將數(shù)據(jù)0轉(zhuǎn)換成1，因此編程前需要先執(zhí)行擦除操作。第26頁，共40頁。FLASH軟件設(shè)計(jì)Suspend&Re

18、sume指令掛起操作只能用來暫時(shí)打斷正在進(jìn)行的Sector擦除操作，從而用來讀取和編程另外的Sector，對于Chip擦除和編程操作周期，此命令無效。執(zhí)行掛起命令后最多經(jīng)過20us進(jìn)入掛起狀態(tài)，進(jìn)入掛起狀態(tài)后RY/DY管腳將輸出高，且讀取掛起Sector空間的地址后返回的DQ7和DQ6都為1(可通過此判斷是否進(jìn)入掛起狀態(tài))。進(jìn)入掛起狀態(tài)后即可讀取和編程另外的Sector，操作完后可通過Resume指令返回掛起的擦除操作。第27頁，共40頁。FLASH測試指標(biāo)信號質(zhì)量在后臺執(zhí)行讀寫操作，測試相應(yīng)的控制信號、地址信號、控制信號、VCC電源信號質(zhì)量。在對FLASH進(jìn)行編程、擦除時(shí)測量VPP電源信號、

19、狀態(tài)引腳STS、RY/BY的信號質(zhì)量。對FLASH上下電與主機(jī)復(fù)位FLASH時(shí)，測試復(fù)位信號信號質(zhì)量和脈寬。 第28頁，共40頁。FLASH測試指標(biāo)讀時(shí)序第29頁，共40頁。FLASH測試指標(biāo)寫時(shí)序第30頁，共40頁。FLASH測試指標(biāo)復(fù)位時(shí)序第31頁，共40頁。ESR_Block_Erase( _US *flash_addr )。/* Poll CSR until CSR.7 of target address = 1 (WSM ready.) */ while (!(BIT_7 & byte) & loop + = ESR_POLLING_TIMEOUT) return 0; Write_

20、to_Flash( flash_addr, CLEAR_STATUS_REGISTERS ) ; Write_to_Flash( flash_addr, READ_FLASH_ARRAY ) ; return 1;。FLASH應(yīng)用案例“塊”擦除程序判斷不夠 第32頁，共40頁?？梢钥吹匠绦蛑皇菍顟B(tài)寄存器BIT.7進(jìn)行了判斷，查詢該位可用于判斷操作是否完成及是否超時(shí)（紅色字體）。藍(lán)色字體程序是清狀態(tài)寄存器的命令，防止指令操作有錯(cuò)后，芯片被“鎖定”，程序中沒有對SR.5 進(jìn)行判斷，而根據(jù)芯片的資料，該位是擦除操作是否正確的標(biāo)志。忽略了對BIT.5的判斷，即使指令操作錯(cuò)誤，程序返回值依然為正確。程

21、序的嚴(yán)密性和保護(hù)性不夠。FLASH應(yīng)用案例“塊”擦除程序判斷不夠 第33頁，共40頁。FLASH應(yīng)用案例擦除等待時(shí)間不夠 某產(chǎn)品單板通過管理通道命令升級線卡單板的Bootrom失敗，導(dǎo)致單板Bootrom損壞，單板重啟后無法注冊。提示寫flash失敗： Download file(ID/Index):9000000/20 7005000/17 %Jan 24 19:37:36 2006 Quidway LOAD/5/LOADRESULT:LoadResult: Download of software to LPU board on slot 3 has failed LPU on slot

22、3 occurs error, error Code:11, Error message:write flash fail.Total 2 file(s) matched, 0 file(s) download to 3 LPU.但通過系統(tǒng)JTAG方式可以正常升級。因此初步懷疑是管理通道加載程序有問題。第34頁，共40頁。FLASH應(yīng)用案例擦除等待時(shí)間不夠 經(jīng)過定位出現(xiàn)寫bootrom失敗是由于flash擦除失敗造成的。此單板flash芯片要求的擦除時(shí)間如下所示最大為10s，但程序里的flash擦除時(shí)等待的最大時(shí)間只有6sec，延長擦除時(shí)等待的最大時(shí)間后問題解決。由于flash器件的離散性，指令操作時(shí)要考慮最壞的情況。第35頁，共40頁。FLASH應(yīng)用案例信號錯(cuò)誤上拉 #RP為復(fù)位/掉電保護(hù)管腳，為高電平使能器件的正常操作，為低電平器件進(jìn)入內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，并進(jìn)入掉電模式。原理圖審查時(shí)發(fā)現(xiàn)FLASH的#RP信號