实例讲解NAND Flash原理和使用
发布时间：2024-05-04 浏览次数：2274本文以Micron公司的MT29F2G08为例介绍NAND Flash原理和使用。
1． 概述
MT29F2G08使用一个高度复用的8-bit总线（I/O[7:0]）来传输数据、地址、指令。5个命令脚（CLE、ALE、CE#、WE#）实现NAND命令总线接口规程。3个附加的脚用作: 控制硬件写保护（WP#）、监视芯片状态（R/B#），和发起上电自动读特征（PRE-仅3V芯片支持）。注意, PRE功能不支持宽温芯片。
MT29F2G08内部有2048个可擦除的块，每个块分为64个可编程的页，每个页包含2112字节（2048个字节作为数据存储区，64个备用字节一般作为错误管理使用）。
每个2112个字节的页可以在300us内编程，每个块（64x2112=132K）可以在2ms内被擦除。片上控制逻辑自动进行PROGRAM和ERASE操作。
NAND的内部存储阵列是以页为基本单位进行存取的。读的时候，一页数据从内部存储阵列copy到数据寄存器，之后从数据寄存器按字节依次输出。写（编程）的时候，也是以页为基本单位的：起始地址装载到内部地址寄存器之后，数据被依次写入到内部数据寄存器，在页数据写入之后，阵列编程过程启动。
为了增加编程的速度，芯片有一个CACHE寄存器。在CACHE编程模式，数据先写入到CACHE寄存器，然后再写入到数据寄存器，一旦数据copy进数据寄存器后，编程就开始。在数据寄存器被装载及编程开始之后，CACHE寄存器变为空，可以继续装载下一个数据，这样内部的编程和数据的装载并行进行，提高了编程速度。
内部数据搬移命令（INTERNAL DATA MOVE）也使用内部CAHCE寄存器，通常搬移数据需要很长时间，通过使用内部CACHE寄存器和数据寄存器，数据的搬移速度大大增加，且不需要使用外部内存。
2． 功能框图
3． 管脚
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名称 |
类型 |
描述 |
|
ALE |
I |
地址锁存使能。ALE为高时，在WE#下降沿，地址信息通过I/O[7：0]锁存片内的地址寄存器。如果传输的不是地址信息，ALE应该为低。 |
|
CE# |
I |
片选。一旦器件进入PROGRAM或ERASE操作，CE#可以变无效。 |
|
CLE |
I |
命令锁存使能。CLE为高时，在WE#上升沿，命令通过I/O[7:0]锁存到命令寄存器，当不传输命令时，CLE应该为低。 |
|
PRE |
I |
上电读使能。 |
|
RE# |
I |
读使能。 |
|
WE# |
I |
写使能。 |
|
WP# |
I |
写保护。当为低时候，所有的PROGRAM和ERASE都被禁止。 |
|
I/O[7:0] |
I/O |
数据输入/输出。传输命令、数据、地址。仅在读操作时，数据是输出。 |
|
R/B#, R/B2 |
O |
准备好/忙。集电极开路输出。外部需要接上拉电阻，这个脚表示芯片正在进行PROGRAM或ERASE操作。在读操作期间，表示数据正从阵列中传输到串行数据寄存器中，一旦这些操作完成，R/B#回到High-Z状态。 |
|
Vcc |
电源 |
电源 |
|
Vss |
地 |
地 |
4． 寻址
Block地址和页地址 = 实际的页地址，希望通过这个图，我们能理解块、页、块地址，页地址，列地址，备份空间，备份地址
|
Cycle |
I/O7 |
I/O6 |
I/O5 |
I/O4 |
I/O3 |
I/O2 |
I/O1 |
I/O0 |
|
1 |
CA7 |
CA6 |
CA5 |
CA4 |
CA3 |
CA2 |
CA1 |
CA0 |
|
2 |
LOW |
LOW |
LOW |
LOW |
CA11 |
CA10 |
CA9 |
CA8 |
|
3 |
RA19 |
RA18 |
RA17 |
RA16 |
RA15 |
RA14 |
RA13 |
RA12 |
|
4 |
RA27 |
RA26 |
RA25 |
RA24 |
RA23 |
RA22 |
RA21 |
RA20 |
|
5 |
LOW |
LOW |
LOW |
LOW |
LOW |
LOW |
LOW |
RA28 |
CAx：列地址；RAx=行地址
5． 总线操作
|
CLE |
ALE |
CE# |
WE# |
RE# |
WP# |
PRE# |
MODE |
|
|
H |
L |
L |
上升沿 |
H |
X |
X |
读模式 |
命令输入 |
|
L |
H |
L |
上升沿 |
H |
X |
X |
地址输入 |
|
|
H |
L |
L |
上升沿 |
H |
H |
X |
写模式 |
命令输入 |
|
L |
H |
L |
上升沿 |
H |
H |
X |
地址输入 |
|
|
L |
L |
L |
上升沿 |
H |
H |
X |
数据输入 |
|
|
L |
L |
L |
H |
下降沿 |
X |
X |
依次读和数据输出 |
|
|
L |
L |
L |
H |
H |
X |
X |
在读期间（忙） |
|
|
X |
X |
X |
X |
X |
H |
X |
在编程期间（忙） |
|
|
X |
X |
X |
X |
X |
H |
X |
在擦除期间（忙） |
|
|
X |
X |
X |
X |
X |
L |
X |
写保护 |
|
|
X |
X |
H |
X |
X |
0V/Vcc |
0V/Vcc |
待机 |
|
上电自动读：在上电期间，PRE为VCC，3V VCC器件自动传输[敏感词]页到数据寄存器，而无需要发布一个命令或地址锁存序列。在VCC达到大约2.5V的时候，内部电压检测器触发上电自动读功能。在[敏感词]页数据copy到数据寄存器过程中，R/B#为低，当copy结束后，R/B#变高，在RE#脉冲的作用下[敏感词]页数据可以依次输出。
6． 命令表
|
操作 |
周期1 |
周期2 |
在忙期间有效 |
|
PAGE READ |
0x00 |
0x30 |
NO |
|
PAGE READ CACHE MODE START |
0x31 |
- |
NO |
|
PAGE READ CACHE MODE START LAST |
0x3F |
- |
NO |
|
READ for INTERNAL DATA MOVE |
0x00 |
0x35 |
NO |
|
RANDOM DATA READ |
0x05 |
0xE0 |
NO |
|
READ ID |
0x90 |
- |
NO |
|
READ STATUS |
0x70 |
- |
NO |
|
PROGRAM PAGE |
0x80 |
0x10 |
NO |
|
PROGRAM PAGE CACHE |
0x80 |
0x15 |
NO |
|
PROGRAM for INTERNAL DATA MOVE |
0x85 |
0x10 |
NO |
|
RANDOM DATA INPUT for PROGRAM |
0x85 |
- |
NO |
|
BLOCK ERASE |
0x60 |
0xD0 |
NO |
|
RESET |
0xFF |
- |
YES |
7． PAGE READ，0x00-0x30
5个地址周期，确定了读出的起始地址，数据才RE#脉冲的作用下，从这个起始地址开始依次输出，直到这一页的结束。
8． RANDOM DATA READ，0x05-0xE0
随机数据读，是为了用户能够设定新的列地址，增加数据读出的灵活性，随即读模式在页读（0x00-0x30序列）后使能。这个命令的发布次数是不受限制的。但仅仅是当前页数据的读出。
9． PAGE READ CACHE MODE START，0x31；PAGE READ CACHE MODE START LAST，0x3F
发布PAGE READ命令后，在R/B#变高后，在发送0x31命令，这时启动将数据寄存器的内容传给CACHE寄存器，然后就可以顺序从CACHE里读[敏感词]个PAGE READ命令获得数据，由于这是数据寄存器是没有用的，因此，芯片自动启动读下一页的PAGE READ命令，将下一页读到数据寄存器，可以看出这么做提高的读出的速度，除了[敏感词]个PAGE READ命令外，其他PAGE READ命令都是后台自动进行的。再后一次使用0x3F命令，以便禁止芯片再次自动发布PAGE READ命令。
10．READ ID，0x90
读出厂家的芯片标识。
11． READ STATUS，0x70
读出芯片的8bit状态。可以通过RE#脉冲，反复读。
12．编程操作
PROGRAM PAGE 0x80-0x10：
Micron NAND FLASH仅支持页的编程，在一个块以内，页必须从一个块的页低位到这个块的页的高位连续编程，禁止随机页地址的编程。
芯片也支持页的部分编程操作，这意味着任何单个位在需要一个擦除之前仅可以被编程一次，然而，这种页能被划分成在需要一个擦除之前允许大8个编程操作。
SERIAL DATA INPUT 0x80：
PAGE PROGRAM操作要求加载SERAIL DATA INPUT(0x80)命令进入命令寄存器，随着5个地址周期之后，串行数据通过连续的WE#周期加载到值得的起始地址，PROGRAM(0x10)命令在数据输入完成之后被写入，内部写状态周期自动执行合适的编程算法，并控制所有必要的定时编程和比较操作。写比较仅仅检测“1”是否被成功地编程为“0”了。
R/B#在阵列编程期间（tPROG）为低，在编程操作期间，仅READ STATUS和RESET命令有效，状态寄存器的Bit6反映R/B#的状态，当芯片准备好时，读Bit0的状态确定编程操作是否成功或失败，命令寄存器在新的有效命令写入之前，一直停留在读状态寄存器模式。
RANDOM DATA INPUT 0x85：
在发起
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