相关热词搜索：
闪速存储器在图像采集系统里的应用
闪速存储器在图像采集系统里的应用 闪速存储器具有结构简单、控制灵活、编程可靠、擦除快捷的优点,而且 集成度可以做得很高,因此获得了较广泛的应用。本文详细介绍samsung公司生产 的64m×8位闪速存储器k9f1208uom的主特性、应用方法和接口技术;介绍采用 k9f1208uom作为图像存储介质的图像采集记录系统的组成原理和具体实现方法。关键词:闪速存储器 k9f1208uom 图像采集 图像存储 引言 图像的保存和恢复是一个图像采集系统所不可或缺的功能之一。保存图像 所用的介质或设备有很多种,如常用的电影胶片、胶卷、硬盘、软盘、光盘、各 种静态和动态ram、rom以及固态存储器件等。其中,flash rom以其内容掉电不消 失、价格低廉、控制方法灵活、与微处理器接口方便等特点,越来越多地应用在 图像采集与存储系统中,如常见的数码像机。因此,研究flash rom在图像采集记录 系统中的应用技术有着重要的意义。
1 闪速存储器的分类和发展现状 目前常见的图像采集记录系统如数码像机、数码摄像机中,通常采用半导 体存储器作为其记忆部分。半导体存储器通常可分为随机存储器(ram)和只读存 储器(rom_。ram的内容可以随时刷新,访问速度快,但是掉电后其存储的会丢 失;rom则具有掉电不丢失数据的特性。通常rom又可分为固定rom、prom、eprom 和eeprom。
图1 k9f1208uom引脚定义 闪速存储器(flash rom)属于半导体存储器的一种,属于非易失性存储器 nvm(non-volatile memory)。它采用类似于eprom的单管叠栅结构的存储单元揣怕, 是新一代用电信号擦除的可编程rom;它既吸收了eprom结构简单、编程可靠的优 点,又具有eprom用随道效应擦除的快捷特性,集成度可做得很高,因而在便携式数 据存储和各种图像采集记录系统中得到了广泛的应用。
全球闪速存储器的主要供应商有amd、atmel、fujistu、hitachi、hyundai、 intel、micron、mitsubishi、samsung、sst、sharp、toshiba。由于各自技术架构的 不同,分为几大阵营,因此闪速存储也按其采用技术的不同而分为几大类:*nor技术——代表公司intel,特点为擦除和写入慢、随机读快;
*nand技术——代表公司samsung,特点为随机读写慢、以页为单位连续读 写快;
*and技术——代表公司hitachi,特点为低功耗,价格高。
*由eeprom派生的闪速存储器。特点:介于nor与eeprom之间。
存储器的发展具有容量更大、体积更小、价格更低的趋势,这在闪速存储 器行业表现得淋漓尽致。随着单导体制造工艺的展,主流闪速存储器厂家采用 0.18μm,甚至0.15μm的制造工艺。
借助于先进工艺的优势,闪速存储器的容量可以变大:nor技术将出现 256mb的器件,nand和and技术已经有16gb的器件。
芯片的封装尺寸更小:从最初dip封装,到psop、ssop、tsop封装,再到bga封装, 闪速存储器已经变得非常纤细小巧。
工作电压更低:从最初12v的编程电压,一步步下降到5v、3.3v、2.7v、1.8v 单电压供电;符合国际上低功耗的潮流,更促进了便携式产品的发展。
位成本大幅度下降:采用nor技术的intel公司的28f128j3价格为25美元,nand 技术和and技术的闪速存储器已经突破10mb 2美元的价位,性价比极高。
本文中讨论的是采用nand技术的k9f1208u0m。
图2 at90 2 64m闪速存储器k9f1208uom简介 k9f1208u0m是samsung公司生产的采用nand技术的大容量、高可靠flash存 储器。该器件采用三星公司的cmos浮置门技术和与非存储结构,存储容量为 64m×8位,除此之外还有2048k×8位的空闲存储区。该器件采用tssop48封装,工作电 压2.7~3.6v。
k9f1208u0m对528字节一页的写操作所需时间典型值是200μs,而对16k字 节一块的擦除操作典型民仅需2ms。每一页中的数据出速度也很快,平均每个字节只需50ns,已经与一般的sram相当。8位i/o端口采用地址、数据和命令复用的方法。
这样既可减少引脚数,还可使接口电路简洁。片内的写控制器能自动执行写操作 和擦除功能,包括必要的脉冲产生,内部校验等,完全不用外部微控制器考虑,简化 了器件的编程控制难度。
2.1 器件结构 k9f1208u0m的结构如图1所示。由以下几部分组成: ①地址译码器。它是一个二维的译码器,a0~a7为y方向译码器,a9~a25为x方 向译码器;而a8是由命令寄存器决定的,用于选择flash rom存储器的区号。
②存储阵列。如图1所示,由于地址a8的不同,可以把存储阵列分为第一和第 二两部分;同时,它还有一个空闲区,都可通过命令进行选择。整个存储阵列又可分 为4096块,每一块分为32页,一页包含528字节。这528字节包含第一部分的256字节 和第二部分的256字节以及空闲区的16字节。
③命令寄存器。命令寄存器把输入的命令暂存起来,根据不同的命令和控 制线执行不同的操作。
④控制逻辑和高电压产生器。控制逻辑产生各种控制信号,用于对内部的 存储阵列缓存器等进行合理的控制。高电压产生器可以产生用于对存储阵列进行 编程的高压。
⑤i/o缓存、全局缓存及输出驱动。用于对输入及输出进行必要的缓存,以 符合时序的要求。输出驱动加强带载能力。
2.2 引脚说明 表1概要地说明了k9f1208u0m各个引脚的功能。
表1 k9f1208u 0 引脚定义 引 脚 功 能 i/o0~i/o数据输入输出端,芯片未选中为高阻态cle命令锁存使能 ale地址锁存使能 ce芯片选择控制 re数据输出控制,有效时数据送到i/o总线上 we写i/o口控制,命令地址数据在上升沿锁存 wp写保护 r/b指示器件的状态,0为忙,1为闲。开漏输出 vcc电源端 vss地 ①命令锁存使能(cle),使输入的命令发送到命令寄存器。当变为高电平时, 在we上升沿命令通过i/o口锁存到命令寄存器。
②地址锁存使能(ale),控制地址输入到片内的地址寄存器中,地址是在we的 上升沿被锁存的。
③片选使能(c ④写使能(we),用于控制把命令、地址和数据在它的上升沿写入到i/o端口;
而在读操作时必须保持高电平。
⑤读使能(re),控制把数据放到i/o总线上,在它的下降沿trea时间后数据有 效;同时使用内部的列地址自动加1。
⑥i/o端口,用于命令、地址和数据的输入及读操作时的数据输出。当芯片 未选中时,i/o口为高阻态。
⑦写保护(wp),禁止写操作和擦除操作。当它有效时,内部的高压生成器将 会复位。
⑧准备/忙(r/b),反映当前器件的状态。低电平时,表示写操作或擦除操作以及随机读正进行中;当它变为高电平时,表示这些操作已经完成。它采用了开漏输 出结构,在芯片未选中时不会保持高阻态。
2.3 k9f1208u0m的接口控制方法 k9f1208u0m在应用时必须通过外部微控制器来控制其内容的读写,图2给 出了k9f1208u0m与at90s8515单片机接口的方法。
k9f1208u0m的数据总线与at90s8515的数据口pa口相连,用单片机的地址高 位引脚pc6作为k9f1208u0m的片选信号(cs);pc5接k9f1208u0m的命令数据选择端 (cmd/data),而pc4接k9f1208u0m的地址锁存允许端(ale)。因此,对k0f1208u0m的访 问就相当于访问地址分别为0xaf00、0x9f00、0x8f00的三个端口,分别对应 k9f1208u0m的命令端口、地址端口、数据端口。因此,对于单片机而言,对 k9f1208u0m的命令、地址和数据操作可通过不同的端口进行,简化了k9f1208u0m 读写控制的难度。
2.4 读写操作流程 图3所示为k9f1208u0m的写时序流程。
由图3可看出,进行写操作时先要写入命令字80h,通知k9f1208u0m要进行写 操作,然后顺序写入目的地地址和待写入的数据。应该注意的是,地址只需写入一 次,便可以连续写入多个字节数据。地址指针的调整是由k9f1208u0m内部逻辑控 制的,不用外部干预。写入操作是以页为单位(1~528字节)进行的,即每次连续写入 能超过528个字节。这是由于k9f1208u0m的工作方式决定的:写入的数据先保存至 flash内部的页寄存器(528字节)中,然后再写入存储单元。数据写完之后还要给 k9f1208u0m发出1个写操作指令10h,通知其将页寄存器中的数据写入存储单元,随 后就应该对状态引脚进行查询。如果该引脚为低,表明此次写操作结束。最后的 步骤是数据校验,如果采用了ecc校验模式,则此步骤可以省略。
其它操作如读操作、擦除操作等过程均与此类似,可参考相关的器件说明 文档。限于篇,这里不再多述。
2.5 注意事项 在以k9f1208u0m为数据存储介质的系统设计中,需要注意无效块的问题。
无效块即包含一个和多个无效数据位的块。由于结构方面的原因,一块(32页)中有一个无效位也会导致整个块无效。因此,系统必须在写入数据时避开无效块。出 厂时,每片k9f1208u0m的无效块信息均保存在一个无效块信息表中,可以根据该表 中的原始无效块信息识别无效块的位置。在k9f1208u0m的使用过程中,应随时对 无效块情况进行检查和更新,以保证无效块表内容的准确性;同时,应该禁止任何 试图擦除无效块表的操作。
3 闪速存储器在图像采集记录系统中应用 图4是一种采用闪速存储器为图像记录介质的数字图像采集记录系统的原 理框图。
n 图像记录保存的最终目的是要显示出来,因此还需要把保存在闪速存储器 k9f1208u0m中的图像数据读出。本系统中k9f1208u0m的图像数据是通过usb接口 读出的。采用了avr系列的at90s8515单片机作为usb接口控制器,负责对与上位机通 信用的usb接口进行配置及管理,此外,其主要的工作还包括对静态缓存、 k9f1208u0m等进行读写控制。在上位机中采用visual c++语言编写相应的图像数 据采集软件,就能够实现通过usb总线对k9f1208u0m中图像数据的读取、显示及保 存。
该图像采集系统输出的数字图像分辨率为512×480,而k9f1208u0m是 64m×8位的闪速存储器;因此,最多可以存储272张图片,并且读写速度达到300kb/s, 基本能够满足一般使用的要求。
4 结论 闪速存储器是图像采集记录系统中的记忆部分,对它的希望就是读写速度 快、容量大以及操作方便。通过对samsung公司采用nand技术的闪速存储器 k9f1208u0m进行的研究表明:k9f1208u0m器件与系统的接口十分简单、操作灵活 方便、器件从硬件到软件均有多种保护、数据可靠性高、使用寿命长,为大容量 固态图像存储器市场提供了最具成本效益的解决方案,因而在各种数字图像采集 和存储应用领域具有广阔的应用前景。
