FLASH在MSP430F149嵌入式系统中的应用

NAND Flash是采用NAND结构技术的非易失存储器，具有ROM存储器的特点，存储在该芯片中的数据可在断电情况下维持10年不丢失，而芯片的引脚与访问又具有类似于RAM的特点。NAND FLASH 存储器将数据线与地址线复用为8条线，另外还分别提供了命令控制信号线，因此，NAND FLASH 存储器不会因为存储容量的增加而增加引脚数目。从而极大方便了系统设计和产品升级。

1 元件介绍

1.1 MSP430芯片

MSP430系列单片机是TI公司推出的16位RISC系列单片机，该系列是一组超低功耗微控制器，供电电压范围为1.8V—3.6V。考虑到本系统有微体积、低功耗的要求，在此选用MSP430F149，它具有60KB Flash Memory、2kb RAM、有8个通道采样率为200K的12位A/D转换器、硬件乘法器、2个带有大量捕获/比较寄存器的16位定时器、看门狗等，为系统的进一步开发扩展提供了良好的基础，特别适用于较复杂的系统开发。

1.2 NAND Flash

NAND结构Flash是Sumsung公司隆重推出并着力开发的新一代数据存储器件,在此选用芯片K9F1G08U0M，电源电压２.7V—3.6V，与MSP430F149一致，功耗低，容量可达128M×8Bit，按页进行读写，按块擦除，通过I/O口分时复用作为命令引脚／地址引脚／数据引脚。有很高的可靠性。

2 硬件设计

本系统中，K9F1G08U0M的数据输入输出口与单片机的P6端口相连。片选信号与单片机的P2.4相连， CLE（命令锁存控制端）、ALE（地址锁存控制端）、WE（写操作控制端）、RE（读操作控制端）分别通过控制单片机P3.3、P2.3、P2.6、P2.5引脚的电平，决定对FLASH

进行控制字操作、地址操作、写操作还是读操作。在此不使用写保护功能，所以WP接高电平。FLASH与单片机的部分连接组成电路如图1所示。

图1  MSP430F149与K9F1G08U0M的连接

3 软件设计

MSP430的开发软件较多，本文采用IAR公司的集成开发环境—IAR Embedded workbench 嵌入式工作台，利用C430（MSP430系列的C语言）编写调试。单片机对FLASH的操作主要有写、读、擦除。

3.1 写操作

向FLASH内部写数据是基于页的，K9F1G08U0M的命令字、地址和数据都是通过并行口线I/O0—I/O7在控制信号的作用下分时操作。地址A0—A10，A11—A26通过I/O0—I/O7分4次送入。同时K9F1G08U0M芯片提供了一根状态指示信号线 ，当该信号为低电平时，表示FLASH可能正处于擦除、编程或读操作的忙状态；而当其为高电平时，则表示为准备好状态，此时可以对芯片进行各种操作。本系统须写入126M数据写操作流程图如图2。[page]

3.2 读操作

读操作有串行页读、连续行读、随机读3种类型。在此选用串行页读取。首先将读操作控制字00h输入，再写入地址，写入控制字30h，待 信号变高后，将本页数据依次读出。随后再改变页地址读出其它页内数据。操作流程图如图3。

图2 写操作流程图  

图3  读FLASH数据程序流程图

3.3 擦除操作

任何FLASH器件的写入操作都必须在空的或已擦除的单元内进行，因此在进行下一次存储数据之前都必须对FLASH进行擦除操作。

擦除操作基于块，K9F1G08U0M内有1024块，块地址的输入需要两个周期，块操作的地址只有A18—A27有效，A12—A17备忽略。在地址后被送入的块擦除命令（D0h）启动块擦除操作，待 信号变高后，送入命令字70h，读出I/O0的值来判断数据擦除是否成功。图4为块擦除流程图。

图4  擦除FLASH程序流程图

4 程序设计

在此给出写操作部分程序，读操作和擦除操作均可参考文中流程图来编程，值得注意的是其它具体写地址操作应仔细阅读[page]

K9F1G08U0M芯片资料。

#include

#define   CLE   BIT3  

#define   ALE   BIT3

#define   WE    BIT6

#define   CE    BIT4

#define   RE    BIT5

#define   RB    BIT7

void  ReadFlash();   //读FLASH子程序

void  WriteFlash();   //写FLASH子程序

void  inituart(void); //初始化异步串行通信

void  Write10h();  //写控制字10h子程序

void  WriteCommand(); //写命令字写地址

void  ClrFlash();    //擦除FLASH子程序

unsigned   int  k,i,a

void  main ()

{

WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;

BCSCTL1 &= ~XT2OFF;

do

{

IFG1 &= ~OFIFG;

for (iq0=0x05; iq0>0; iq0--);

}   //检验晶振是否起振

while ((IFG1 & OFIFG)!= 0);

BCSCTL2 = SELM_2 + SELS + DIVS0;

//SMCLK选择2分频后的4M

While(k<0xFC00) //页数<64512时执行

{

WriteCommand(); //调用写控制字写地址子程序

While(i<2048)   //字节数<2048时执行循环

{

WriteFlash();  //调用写数据子程序,

32个字节

i=i+32;      //字节数+32

}

i=0;      //一页写完后,字节数置0

Write10h();  //调用写10h子程序

while(!(P2IN & RB));  //等待RB信号变高

k++;      //页数+1

} 

k=0;      //页数置0

LPM4;    //全部写完后，MSP430进入低功耗模式4

5 结束语

MSP430系列单片机具有实时处理能力强、运行速度快、性价比高等特点。本文介绍了FLASH K9F1G08U0M在由MSP430F149组成的嵌入式系统中的应用，实验表明： 整个系统简单可靠、功能完善、运行稳定，具有实用价值。本文作者创新点：实现了MSP430单片机和NAND Flash两种低功耗芯片在嵌入式系统中的应用，完成了对FLASH的写操作、读操作及擦除操作，达到了系统的微体积和低功耗特性。