Программирование микросхем FLASH-памяти. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Микроконтроллеры

 Комментарии к статье

Микросхемы репрограммируемой постоянной памяти с электрическим стиранием данных, выполненные по технологии FLASH, заняли прочные позиции в электронной и вычислительной технике, потеснив другие виды энергонезависимых запоминающих устройств. Их главное достоинство - возможность перепрограммирования "в системе", не выпаивая микросхему из печатной платы или не вынимая ее из панели. Большое допустимое число циклов перепрограммирования позволяет строить на таких микросхемах "FLASH-диски" объемом в десятки мегабайт, отличающиеся от обычных накопителей на жестких или гибких магнитных дисках полным отсутствием движущихся частей. Благодаря этому они долговечны и способны работать в условиях сильной вибрации, например, на автомобилях и других движущихся объектах. Публикуемая статья посвящена вопросам программирования микросхем FLASH-памяти.

От РПЗУ других типов микросхемы FLASH-памяти отличает наличие непосредственно на кристалле встроенного "программатора" - автомата стирания и записи (АC3). Он освобождает от необходимости в процессе программирования подавать на выводы микросхемы повышенное напряжение, формировать определенные последовательности импульсов. Все это АC3 делает самостоятельно и незаметно для пользователя, которому остается лишь с помощью соответствующей команды сообщить адрес ячейки и код, который следует в нее записать, и ждать завершения операции. Во многих случаях длительную операцию (например, стирание блока данных) можно приостановить, прочитать нужную информацию из другой области памяти, а затем продолжить.

Сегодня многие фирмы (наиболее известные Intel. AMD. Atmel. Winbond) выпускают большой ассортимент микросхем FLASH-памяти объемом до 4 Мбайт. Их внешний интерфейс бывает параллельным или последовательным. Микросхемы с последовательным интерфейсом предназначены в основном для хранения небольших массивов данных в малогабаритных или специализированных устройствах, например, для запоминания фиксированных настроек радиоприемника или программы работы бытового электроприбора.

Далее речь пойдет о "параллельных" FLASH-микросхемах, которые по физическому и логическому устройству интерфейса с процессором ничем не отличаются от обычных ПЗУ за исключением того, что у них, подобно ОЗУ, имеется вход разрешения записи. Именно в таких микросхемах хранят коды BIOS современных компьютеров. Организация данных бывает восьми- или 16-разрядной. Нередко ее можно выбирать, соединяя специально предусмотренный вывод с общим проводом или источником питания. Кроме шин адреса и данных, к микросхемам подводят три управляющих сигнала: выбор кристалла (СЕ), включение выхода (ОЕ) и разрешение записи (WE). Последний - только в случае, если микросхему необходимо программировать. Минимальная длительность цикла чтения - 70... 150 нc.

В первых FLASH-микросхемах массив ячеек памяти представлял собой единый блок, причем стереть данные можно было только целиком из всего массива. Во многих современных микросхемах память разбита на блоки, и стирание данных в одном из них не влияет на хранящиеся в других. Размеры блоков бывают самыми разными - от 128 байт до 128 Кбайт и более. Однако при чтении данных вся память микросхемы рассматривается как единый массив и то. что физически она разделена на блоки, не имеет никакого значения.

Обычно блоки одинаковы и равноправны, но могут быть и разными. Например, в микросхемах серии 28Fxxx фирмы Intel имеются так называемый загрузочный (boot) блок объемом 16 Кбайт и два блока параметров по 8 Кбайт каждый. Далее следует блок объемом 96 Кбайт, а оставшаяся часть памяти состоит из блоков по 128 Кбайт. Свойства названных блоков несколько различаются. Для загрузочного предусмотрена аппаратная защита от записи и стирания. Ее включают, подав соответствующий логический уровень на специально предусмотренный вывод микросхемы. Блоки параметров предназначены для хранения часто изменяемых данных и выдерживают большее, по сравнению с другими, число циклов стирания/записи.

Каждую из микросхем рассматриваемой серии изготавливают в двух вариантах, различающихся размещением блоков в адресном пространстве. В микросхемах с индексом В (bottom) они расположены, начиная с нулевого адреса, в указанном выше порядке. В изделиях с индексом Т (top) порядок обратный (загрузочный - в области старших адресов).

Выпускаемые в настоящее время микросхемы FLASH-памяти рассчитаны на номинальные напряжения питания от 2.7 до 5 В. Повышенное напряжение (12 В) для них не требуется вовсе или необходимо лишь в некоторых специальных режимах. В пассивном ("невыбранном") состоянии такие микросхемы потребляют от источника питания ток не более 1 мА (в большинстве случаев - в десятки раз меньше). Иногда предусмотрен особый режим полного выключения (sleep mode), в котором потребление пренебрежимо мало. Правда, читать данные из "заснувшей" микросхемы невозможно, а чтобы "разбудить" ее. порой требуется несколько десятков микросекунд. Потребляемый ток в активном режиме - десятки миллиампер, причем, если перевести в пассивное состояние микросхему, АC3 которой выполняет длительную операцию (например, стирает данные), ток не уменьшится до тех пор, пока она не завершится.

Большое внимание уделяют защите хранящихся во FLASH-памяти данных от случайного изменения, особенно под воздействием помех и переходных процессов при включении и выключении питания. В большинстве случаев предусмотрено три вида аппаратной защиты. Первый заключается в том. что на импульсы в цепи WE длительностью менее 15...20 не микросхема не реагирует, второй - в том, что при низком логическом уровне на входе ОE никакие манипуляции сигналами на других входах не могут вызвать запись, третий - в том. что при уменьшении напряжения питания ниже некоторого уровня АC3 отключается. У микросхем разных типов порог отключения находится в пределах 1.5...3.8В.

Иногда предусмотрена возможность полного запрета изменения и стирания всего массива данных или его частей. Для наложения или снятия такого запрета обычно требуются "экстраординарные" меры (например, кратковременная подача повышенного напряжения на определенные выводы).

Предусматривается и программная защита. Для изменения содержимого ячейки FLASH-памяти недостаточно, как в обычном ОЗУ. записать один код по одному адресу. Необходима команда, состоящая из нескольких кодов, записываемых по определенным адресам.

Любая FLASH-микросхема способна сообщить свой тип устройству, в которое она установлена, что позволяет автоматически выбирать нужные алгоритмы записи и стирания данных. Для программного включения и выключения режима считывания идентификаторов предусмотрены соответствующие команды. Включив его, по адресу ОН читают идентификатор изготовителя, а по адресу 1Н - устройства (идентификаторы некоторых микросхем приведены в таблице). В этом же режиме, но по другим адресам, в некоторых случаях можно получить дополнительную информацию, например, о состоянии аппаратной защиты от записи.

Перейти в режим чтения идентификаторов можно и без команды, подав на адресный вход А9 напряжение +12 В. Допускаемое отклонение его величины у микросхем разных типов различно. В одних случаях оно не более ±5%. в других достаточно, чтобы напряжение лишь превысило некоторое значение, например 10 В. Идентификаторы читают по указанным выше адресам, устанавливая их без учета разряда А9. Обычно этот способ применяют в универсальных программаторах.

АC3 большинства микросхем FLASH-памяти воспринимают команды, подаваемые в соответствии с так называемым стандартом JEDEC, хотя есть и исключения. Иногда при модернизации микросхем их систему команд дополняют стандартными кодовыми комбинациями, сохраняя, однако, и старые команды (это необходимо для того, чтобы модернизированные кристаллы могли работать в ранее выпущенных устройствах). Свою систему команд применяет фирма Intel.

Прежде чем подробно рассматривать команды, расскажем немного О подключении FLASH-микросхем. Однотипные микросхемы, как правило, выпускают в корпусах нескольких типов, различающихся расположением, шагом и числом выводов. Нередко предусматривают "зеркальные" варианты, позволяющие устанавливать микросхемы на любой стороне платы, не изменяя топологию печатных проводников.

Номера выводов на приводимых ниже схемах стандартны для микросхем памяти объемом 512 Кбайт в наиболее распространенных 32-выводных корпусах PLCC и PDIP. "Цоколевка" микросхем меньшего объема аналогична, но выводы старших разрядов у них не подключены (например, у Am29F010 свободны 30-й и 1 -й).

Схему, подобную показанной на рис. 1, применяют, если необходимо стирать и записывать данные, не извлекая микросхему из микропроцессорной, системы.

Предполагается, что системная шина данных - восьмиразрядная, адреса - 16-разрядная. ПЗУ отведено в адресном пространстве 32 Кбайт, остальную его часть может занимать ОЗУ Так как объем памяти Am29F040 - 512 Кбайт, предусмотрен регистр страницы FLASH-памяти, управляющий старшими разрядами адреса. Для чтения и записи данных можно воспользоваться следующими простыми процедурами (написанными на языке Pascal):

Если необходимо запрограммировать FLASH-микросхему вне устройства, в котором она будет работать, ее можно подключить к персональному компьютеру. Проще всего это сделать, установив в компьютер дополнительную плату параллельного ввода/вывода. Такие платы, например, PCL-731 фирмы Advantech, DIO-48 фирмы IOP DAS или PET-48DIO фирмы ADLink имеются в продаже. Как правило, у них 48 входов/выходов и работают они аналогично двум микросхемам 8255 (КР5806В55А) в режиме О с теми же информационными и управляющими портами, даже если в действительности таких микросхем в их составе нет. При необходимости плату параллельного ввода/вывода можно изготовить самостоятельно, воспользовавшись статьей Н. Васильева "Расширитель интерфейса PC" ("Радио", 1994, № 6, с. 20, 21).

Для чтения или программирования FLASH-микросхему подключают к портам двух микросхем 8255 по схеме, показанной на рис. 2. Порт РА первой из них использован для ввода/вывода данных, отдельные разряды ее же порта PC - для вывода сигналов управления СЕ, OЕ и WE. Порты РА, РВ и PC второй образуют 24-разрядную шину адреса FLASH-микросхемы. Если достаточна меньшая разрядность этой шины, соответствующее число старших разрядов порта PC не подключают.

Порты платы ввода/вывода и вспомогательные константы должны быть описаны в программе следующим образом:

А описанные выше процедуры обращения к FLASH-памяти заменяют следующими:

м

Теперь - собственно о программировании FLASH-микросхем. По стандарту JEDEC каждая команда начинается записью кода ОААН по адресу 5555Н. Далее записывают код 55Н по адресу 2АААН и в заключение - код выполняемой операции по адресу 5555Н.

Говоря, например, о команде 40Н, мы будем подразумевать именно такую последовательность с числом 40Н в качестве кода операции.

После включения питания любая FLASH-микросхема автоматически входит в этот режим и устанавливать его специальной командой нет необходимости. Однако она требуется, например, для возврата из режима чтения идентификаторов. Иногда ее называют командой сброса или начальной установки. Для перевода некоторых микросхем в режим чтения массива достаточно одного цикла записи кода 0F0H по любому адресу.

Следующий за командой 0А0Н цикл записи содержит адрес программируемой ячейки и записываемый в нее код. В большинстве случаев для записи в каждую ячейку требуется подать отдельную команду. Имейте в виду, что подобно обычным РПЗУ, в разрядах программируемой ячейки можно лишь заменять логические единицы нулями. Для выполнения обратной операции требуется, как правило, предварительно стереть содержимое целого блока памяти и повторить программирование всех его ячеек. Учтите, что АC3 многих FLASH-микросхем не распознают подобные ошибки и сообщают об успешном выполнении операции. Чтобы убедиться в правильности программирования, необходимо контрольное считывание записанных данных.

В микросхемах фирмы Winbond с блоками размером 128 байт программированию любой ячейки автоматически предшествует стирание всех данных содержащего ее блока. Поэтому всегда следует предварительно скопировать блок в оперативную память, внести нужные изменения в копию и запрограммировать заново все 128 байт. Получив команду ОАОН, адрес и первый из программируемых байтов, АC3 заносит его во внутренний буфер блока и ждет 200 мкс, не начиная программирования. Если за это время будут получены еще одна команда ОАОН и очередной байт, он тоже поступит в буфер, а АC3 будет ждать следующий еще 300 мкс. Так продолжается до тех пор. пока не будут получены все 128 байт блока или пауза не превысит допустимого значения (300 мкс). После этого АC3 стирает блок и начинает собственно программирование. Последовательность записи в буфер данных, предназначенных для различных ячеек блока, не имеет значения, но те ячейки, данные для которых не поступили, после программирования будут содержать коды 0FFH.

Существует два способа записи данных для программирования в подобную микросхему. Первый из них (для других обычный) называют программно защищенным. Каждому записываемому байту должна предшествовать команда ОАОН. Однако защиту можно отключить, подав последовательно команды 80Н и 20Н.

После этого записываемый по любому адресу байт попадает во внутренний буфер микросхемы, и такой режим сохраняется даже после отключения и включения питания. Выходят из него по команде ОАОН.

Для записи данных во FLASH-микро-схему фирмы Intel предусмотрено два равносильных варианта команды. Прежде всего, по любому адресу записывают один из кодов 40Н или 10Н. а затем - программируемый код по нужному адресу.

Команда "Стереть всю память".

Эту ответственную операцию АC3 FLASH-микросхемы начинает, получив последовательность из двух команд - 80Н и 10Н.

Микросхемам фирмы Intel аналогичную команду подают записью по произвольным адресам кодов 20Н и 0D0H

Стирание всего содержимого памяти занимает от десятков миллисекунд до нескольких секунд. В некоторых микросхемах предусмотрена возможность приостановки этого процесса записью кода ОВОН по любому адресу. После записи (также по любому адресу) кода 30Н (для микросхем фирмы Intel - ODOH) стирание продолжится.

Команда "Стереть блок". Чтобы стереть содержимое блока памяти, необходимо подать две команды. Первая из них - 80Н, вторая отличается тем, что ее код операции 90Н должен быть записан не по адресу 5555Н, а по адресу любой из ячеек стираемого блока.

Команда "Читать идентификаторы". Для перехода в этот режим служит команда 90Н, но иногда требуется последовательность из двух команд - 80Н и 60Н.

В микросхемы фирмы Intel достаточно записать код 90Н по любому адресу. Выходят из этого режима рассмотренной выше командой "Читать массив данных".

Как проверить завершение выполнения "длинных" команд программирования и стирания данных? Проще всего - воспользоваться справочными данными микросхемы и предусмотреть программное формирование соответствующих задержек. Но фактическое время выполнения тех или иных операций нередко существенно отличается от справочных значений даже для разных ячеек и блоков одной микросхемы, увеличиваясь по мере "старения" последней.

Точно узнать момент окончания той или иной операции позволяет считывание регистра состояния АC3. FLASH -микросхема выдает на шину данных содержимое этого регистра все время, пока АC3 занят выполнением процедуры стирания или программирования. Существует два признака того, что процесс не закончен. Первый заключается в том, что значение бита D7 регистра состояния инверсно по отношению к записываемому в тот же бит ячейки памяти значению (во время стирания - равно 0). По завершении операции оно совпадет с записанным. Второй признак - "мерцание" бита D6 (его значение изменяется при каждом чтении регистра, пока операция не завершится).

Как правило, наблюдаются оба признака, однако встречаются и исключения. Например, в микросхемах фирмы Intel "мерцающий" бит отсутствует, а бит D7 во время программирования равен 0 независимо от записываемого кода. Об окончании операции в данном случае свидетельствует D7=1. В микросхемах с блочной записью (например, фирмы Winbond) значение бита D7 инверсно аналогичному биту последнего из кодов, записанных в буфер блока-

Обычно по завершении программирования или стирания FLASH-микросхе-ма автоматически возвращается в режим чтения массива данных, но микросхемам фирмы Intel для этого требуется соответствующая команда.

Если микросхема неисправна, "длинная" операция может никогда не завершиться, в результате чего управляющий программированием компьютер "зависнет". Во избежание этого следует предусмотреть проверку продолжительности операций стирания и программирования и в случае превышения разумного значения - "аварийный" выход с выдачей сообщения о неисправности.

Иногда, особенно при работе с микросхемами, прошедшими близкое к предельному число циклов стирания/программирования, имеет смысл повторить неудачную операцию несколько раз. Одна из попыток может оказаться успешной.

В заключение - несколько слов об утилитах, позволяющих обновить BIOS компьютера, хранящуюся во FLASH-памяти. Они разрабатываются для каждого типа системных (материнских) плат и учитывают особенности подключения FLASH-микросхем к системным шинам. Поэтому попытки воспользоваться утилитой, предназначенной для платы одного типа, чтобы обновить BIOS другой, зачастую приводят к полному отказу компьютера.

Утилиту запускают как обычную прикладную программу, указав в качестве параметра имя файла, содержащего коды новой версии BIOS. Она читает этот файл, создавая в ОЗУ массив данных, подлежащих записи во FLASH-память. Затем определяет тип микросхемы и выбирает соответствующие процедуры для работы с ней. После этого начинается стирание старых и запись новых данных, причем в это время программа не может пользоваться никакими функциями BIOS, в том числе и для вывода информации на экран или опроса клавиатуры. Если делать это все-таки необходимо, нужные подпрограммы вводят в состав самой утилиты. После завершения программирования и проверки его правильности обычно следует перезапуск компьютера, и он начинает "новую жизнь" с обновленной BIOS.

Автор: А.Долгий, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Микроконтроллеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Линза толщиной три атома 09.06.2024 Современные технологии продолжают удивлять нас своими открытиями, которые могут кардинально изменить различные сферы науки и техники. Одним из таких впечатляющих достижений стала разработка ультратонкой линзы, толщина которой составляет всего три атома. Это новшество открывает новые горизонты для применения оптических приборов в самых разных областях. Линзы всегда были достаточно толстыми и тяжелыми, что ограничивало их использование в таких областях, как астрономия и крупногабаритные осветительные приборы. Ситуация улучшилась с изобретением линзы Френеля, которая благодаря своей ступенчатой конструкции стала значительно легче и компактнее. Но ученые из Стэнфордского университета и Амстердамского университета смогли пойти еще дальше, доведя идею ступенчатой линзы до абсолютного минимума - они создали линзу толщиной всего в три атома. Эта новая линза представляет собой комбинацию нескольких концентрических структур, напоминающих классические линзы Френеля. Однако, в отличие от них, новая линза изготовлена из дисульфида вольфрама (WS?) и имеет толщину всего 0,6 нанометра. Для сравнения, предыдущий рекорд принадлежал линзе толщиной 6,3 нанометра, представленной в 2016 году. В процессе исследования ученые продемонстрировали, как эта тончайшая линза способна фокусировать красный свет. Фокусное расстояние составляет всего 1 миллиметр, что является удивительно малым показателем. Концентрические круги из дисульфида вольфрама поглощают красные длины волн света и затем излучают их в точку фокуса. Этот процесс осуществляется благодаря короткоживущим квазичастицам - экситонам, которые излучают свет при распаде. Одна из уникальных особенностей этой линзы заключается в ее избирательности. Она позволяет красному свету фокусироваться, в то время как другие длины волн проходят сквозь материал почти совершенно свободно. Это свойство может найти применение в различных инновационных устройствах, например, в очках дополненной реальности. Такие очки смогут показывать дополнительную информацию, фокусируя часть света, при этом обеспечивая четкую видимость окружающего мира. Разработка линзы толщиной в три атома представляет собой значительный шаг вперед в области оптики. Это достижение не только улучшает качество оптических приборов, но и открывает новые возможности для их применения в различных областях науки и техники. Прорыв, достигнутый учеными из Стэнфорда и Амстердамского университета, демонстрирует, как инновации могут радикально изменить наш подход к решению технических задач и улучшить качество жизни.

Другие интересные новости:

▪ Полупрозрачные солнечные панели на основе вольфрама

▪ Видеорегистратор Parkcity DVR HD 450 с двумя камерами Full HD

▪ Уход за кожей для астронавтов

▪ Робот для эвакуации раненых

▪ Чип питается от света, тепла и вибрации

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Часы, таймеры, реле, коммутаторы нагрузки. Подборка статей

▪ статья Основные начала геологии. История и суть научного открытия

▪ статья Где был реально выращен томак, показанный в мультсериале Симпсоны? Подробный ответ

▪ статья Восстановление велосипедной покрышки. Личный транспорт

▪ статья Стабилизатор сетевого напряжения с микроконтроллерным управлением. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Блок защиты аппаратуры. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025