摘 要： 介紹了閃速存儲器(Flash Memory)的公共閃存接口(CFI)結構，以及系統軟件如何利用CFI獲取Flash Memory的各種參數，實現對各種Flash Memory的程序設計。
關鍵詞： 閃速存儲器 公共閃存接口CFI 命令用戶接口CUI
自從Intel公司于1988年推出了可快速擦寫的非易失性存儲器Flash Memory以來，快速擦寫存儲器Flash Memory技術就得到了非常迅速的發展。這主要是由于Flash Memory具有不需要存儲電容器、集成度更高、制造成本低于DRAM、使用方便，讀寫靈活、訪問速度快、斷電后不丟失信息等特點。
雖然Flash Memory應用越來越廣泛，但由于生產Flash Memory的半導體制造商眾多，不同廠商Flash Memory產品的操作命令集和電氣參數又千差萬別，這給Flash Memory的開發設計人員和OEM制造商帶來許多不便。為了對現有的Flash Memory的產品進行升級或使用其它公司的Flash Memory產品替換，必須對原有的程序代碼和硬件結構進行修改。為解決上述原因所引發的問題，迫切需要Flash Memory制造商提出一個公共的標準解決方案，在這樣的背景下，公共閃存接口(Common Flash Interface，簡稱CFI)誕生了，CFI是一個公開的標準的從Flash Memory器件中讀取數據的接口。它可以使系統軟件查詢已安裝的Flash Memory器件的各種參數，包括器件陣列結構參數、電氣和時間參數以及器件支持的功能等。利用CFI可以不用修改系統軟件就可以用新型的和改進的產品代替舊版本的產品。例如：如果新型的Flash Memory的擦除時間只有舊版本的一半，系統軟件只要通過CFI讀取新器件的擦除時間等參數，修改一下定時器的時間參數即可。為了充分有效地利用CFI所提供的功能，有必要了解一下以下幾個方面的問題。
1 Flash Memory的工作方式
對Flash Memory芯片的所有操作都是通過芯片的命令用戶接口(CUI)來實現的，命令用戶接口是微處理器或微控制器與芯片內部操作之間的界面。當通過CUI寫入不同的控制命令時，Flash Memory從一個工作狀態轉移到另一個工作狀態，其常見的工作狀態分為以下幾種。
1.1 讀存儲單元操作
在Flash Memory芯片上電以后，或者從深度低功耗狀態返回以后，芯片就處于讀存儲單元狀態。可通過寫入復位命令進入讀存儲單元狀態。此時可以讀取Flash Memory芯片存儲單元的內容，讀存儲單元的操作與SRAM相同,但不同公司的產品邏輯電源供電電壓(Vcc)是不同的。
1.2 擦除操作
對Flash Memory芯片進行擦除操作時，由于Flash Memory采用模塊分區的陣列結構，使得各個存儲模塊可以被獨立地擦除，當給出的地址是在模塊地址范圍之內且向命令用戶接口寫入模塊擦除命令時，相應的模塊就被擦除。在執行擦除操作時有三個問題需要注意：(1)由于Flash Memory采用模塊分區的陣列結構，不同型號的Flash Memory產品模塊分區的數量和每個分區的大小是不一樣的；(2)不同型號的Flash Memory產品在執行擦除操作時，擦除電壓是不一樣的；(3)不同型號的Flash Memory產品整片擦除時間和每個模塊分區的擦除時間參數是不同的。
1.3 編程操作
Flash Memory 的編程操作是自動字節編程，既可以是順序寫入，也可以是指定地址寫入。向用戶命令接口寫入字節編程命令時，芯片自動進行字節編程和編程校驗。在執行編程操作時有兩個問題需要注意：(1)對不同型號的Flash Memory產品進行編程操作時編程電壓是不一樣的；(2)不同型號的Flash Memory產品字節/字編程時間是不同的。所有這些問題都是在系統程序設計時必須要考慮的問題。
除了以上所提到的常見的三種工作方式外，Flash Memory還有芯片復位、讀標識碼、擦除掛起和擦除恢復等工作方式，只不過這幾種工作方式在程序設計時幾乎不需要考慮什么問題，只要輸入正確的命令字即可，但是不同公司的Flash Memory命令控制字是不同的。前面所遇到的問題，都可以通過CFI來解決，但首先要保證待操作的Flash Memory是一個CFI使能的器件。
2 CFI使能器件的識別
為了確定一個閃速存儲器是否是一個CFI使能的Flash Memory器件，系統軟件首先要通過CUI往閃速存儲器的地址55H寫入數據98H，然后從器件的地址10H處開始通過數據總線連續讀取3個存儲單元中的內容，如果數據總線返回的3個存儲單元的字符分別為‘Q’、‘R’和‘Y’，那么該器件是一個CFI使能的Flash Memory器件。
由于Flash Memory內部的陣列結構各不相同，從器件返回查詢字符‘Q’的地址和數量亦不同。目前常見的Flash Memory內部陣列結構主要有以下三種模式：
(1) 單片×16結構，該芯片有8位訪問能力，但只能操作在16位總線模式；
(2) 雙片×8/16結構，每片既有8位又有16位總線存儲模式，但每片僅能操作在8位總線模式,整個芯片陣列結構為16位總線；
(3) 雙片×16結構，每片僅有8位總線存儲模式，且每片僅能操作在8位總線模式,整個芯片陣列結構為16位總線。
在判決一個Flash Memory是CFI使能器件后，軟件程序要根據從器件返回的查詢字符＇Q＇的數量來確定Flash Memory的陣列結構，并以此來保證對器件正確的讀寫操作。
3 公共閃存接口的結構
在識別器件為CFI使能器件后，通過查詢命令來讀取CFI查詢結構或數據庫，這些數據的地址和含義如表1，在表1中地址13H處為制造商命令集和控制接口識別碼ID信息，其數據代表的含義如表2所示。
表1 CFI數據結構(數據庫)的地址和含義表
地址 長度 含 義 舉例 Intel
28F800BVT
10H 03H 查詢ASCII 10:0051H ‘Q’
字符串 11:0052H ‘R’
“QRY” 12:0059H ‘Y’
13H 02H 制造商命令集 13:0003H
和控制接口 14:0000H
識別碼ID
1BH 01H 邏輯供電 1B:0030H
Vcc最小電壓 (3伏)
位7－4:BCD
伏
位3－0:BCD
100毫伏
1CH 01H 邏輯供電 1C:0055H
Vcc最大電壓 (5.5伏)
位7－4:BCD
伏
位3－0:BCD
100毫伏
1DH 01H 編程/擦除供電 1B:0045H
Vpp最小電壓 (4.5伏)
位7－4:BCD
伏
位3－0:BCD
100毫伏
1EH 01H 編程/擦除供電Vpp 1C:00C6H
最大電壓 (12.6伏)
位7－4:BCD
伏
位3－0:BCD
100毫伏
1FH 01H 典型單字節/字 1F:0003H
寫周期定時 N＝3，8微秒
時間,2N微秒
21H 01H 典型單塊擦 21:000AH
除定時時間, (1.024秒)
2N毫秒
22H 01H 典型整片擦 22:0000H
除定時時間, (不支持)
2N毫秒
23H 01H 單字節/字寫周期 23:0004H
最大定時時間, 24×8微秒
2N×典型單字節/字
寫周期定時時間
25H 01H 單塊擦除最大 23:0004H
定時時間, 24×1.024秒
2N×典型單塊
擦除定時時間
26H 01H 整片擦除最大 26:0000H
定時時間, (不支持)
2N×典型整片
擦除定時時間
27H 01H 器件體積＝ 27:0014H
2N字節 214＝1M字節
28H 02H Flash器件接口 28:0002H
識別碼ID 29:0000H
2CH 01H 器件可擦除塊 2C:0004H
區域個數 4個擦除塊
Bit＝7－0＝可
擦除塊個數
2DH 04H 擦除塊區域1 2D:0006H
信息: 2E:0000H
bits 31－16 7個擦除塊
＝z,該區域每個 2F:0000H
擦除塊體積＝ 30:0002H
z×256字節 256×200H
bits 15－0＝y, ＝128K字節
該擦除塊區域內
含同樣體積
擦除塊的個數
＝y＋1
31H 04H 擦除塊區域2 31:0000H
信息: 32:0000H
33:0080H
34:0001H
35H 04H 擦除塊區域3 35:0001H
信息: 36:0000H
37:0020H
38:0001H
39H 04H 擦除塊區域4 39:0000H
信息: 3A:0000H
3B:0040H
3C:0000H
表2 制造商命令集和控制接口識別碼ID定義表
數值 制造商 ????? 含 義
0000H 空
0001H Intel/ Intel/Sharp擴展命令集
Sharp
0002H AMD/ AMD/Fujitsu標準命令集
Fujitsu
0003H Intel ? ? Intel標準命令集
0004H AMD/ AMD/Fujitsu擴展命令集
Fujitsu
0100H Mitsubishi Mitsubishi標準命令集
0101H Mitsubishi Mitsubishi擴展命令集
FFFFH N/A 保 留
4 CFI查詢操作軟件流程
從表1中可以看到CFI提供了一種公開的標準的數據信息，系統軟件能夠利用這些信息使用不同制造商的命令集、調整擦除和編程定時時間、根據擦除塊區域信息調整存儲器體積大小等。系統軟件要在CFI查詢操作中讀取CFI提供的主要數據信息，利用這些信息很容易對各種Flash Memory進行程序設計。CFI的查詢操作的程序框圖如圖1所示。
參考文獻
1 Common Flash Interface (CFI) and Command Sets. Intel Corporation, 1997(11)
2 Common Flash Memory interface Specification.Intel Corporation,1997(5)
3 Common Flash Memory Interface Publication 100.AMD Corporation, 1996(7)
4 竇振中.單片機外圍器件使用手冊:存儲器分冊. 北京:北京航空航天大學出版社，1998.4