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串行FLASH SSF1101在單片機(jī)
摘要：SSF1101是存儲(chǔ)容量為4Mbit的SPI串行接口FLASH存儲(chǔ)器,其IC卡封裝形式可作為單片機(jī)系統(tǒng)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡。文中介紹了該器件的主要特性和工作原理，并以IC卡封裝形式為例，給出了其與單片機(jī)的接口電路及相應(yīng)的讀寫程序。關(guān)鍵詞：串行FLASH 單片機(jī) IC卡
１ 概述
對(duì)于野外移動(dòng)工作或不便與上位機(jī)通信的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使用一個(gè)大容量、可插拔、便于更換和攜帶的智能卡來存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù)，是一個(gè)較好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案。ＳＳＦ１１０１是上海新茂半導(dǎo)體有限公司生產(chǎn)的４Ｍｂｉｔ串行接口可編程閃速存儲(chǔ)器，該器件采用ＳＰＩ串口模式與單片機(jī)或微機(jī)通信，無需任何外圍元件。利用該器件提供的ＩＣ卡封裝形式，可非常方便地和單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行接口以構(gòu)成大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。同時(shí)，該芯片具有封裝尺寸小、集成度高、電壓低、存儲(chǔ)容量大、接口方式簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
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２ 性能特點(diǎn)
ＳＳＦ１１０１是一個(gè)４Ｍｂｉｔ的串行ＦＬＡＳＨ存儲(chǔ)器，具有４根器件識(shí)別腳，可在一個(gè)系統(tǒng)中最多能擴(kuò)展１６片，其總存儲(chǔ)容量可達(dá)８Ｍ字節(jié)，該器件的性能特點(diǎn)如下：
●ＳＰＩ串行數(shù)據(jù)接口符合ＳＰＩ標(biāo)準(zhǔn)；
●器件內(nèi)具有４Ｍ Ｂｉｔ 閃速存儲(chǔ)器，５１２頁，每頁１０２４字節(jié)；
●內(nèi)置４位器件地址譯碼電路，可直接并聯(lián)擴(kuò)展存儲(chǔ)容量，最多可連接１６片；
●帶有雙１ｋ字節(jié)的數(shù)據(jù)緩沖器，可在編程期間寫入或讀取數(shù)據(jù)，且讀�。瘜懭氲刂纷詣�(dòng)遞增；
●高速頁面編程，典型時(shí)間為２０ｍｓ；
●高速頁面到數(shù)據(jù)緩沖器的傳輸?shù)湫蜁r(shí)間為１００μｓ；
●頁面擦除典型時(shí)間為１０ｍｓ；
●器件擦除典型時(shí)間為２ｓ；
●內(nèi)置擦除／編程時(shí)序邏輯；
●可硬件寫保護(hù)；
●時(shí)鐘頻率最高達(dá)１０ＭＨｚ；
●采用單５Ｖ電源工作，并有低電壓２．７～３．５Ｖ可供選擇；
●低功耗，休眠電流典型值為１８μＡ；
●與ＣＭＯＳ電平和ＴＴＬ輸入／輸出電平兼容；
●工作溫度很寬（商用）；
●內(nèi)置上電復(fù)位電路；
●在數(shù)據(jù)緩沖器和主Ｆｌａｓｈ之間進(jìn)行傳送或比較時(shí)，可對(duì)未用的數(shù)據(jù)緩沖器和狀態(tài)寄存器進(jìn)行操作。
ＳＳＦ１１０１采用３２腳ＴＳＯＰ封裝和ＩＣ卡封裝兩種形式，其ＴＳＯＰ封裝外形及引腳排列如圖１（ａ）所示，ＩＣ卡的觸點(diǎn)配置如圖１（ｂ）所示。器件的引腳功能說明見表１所列。
表1 SSF110引腳說明
描 述
1 RDY/BUSY O 閑/忙指示，此腳為低時(shí)表示器件忙，不能閃存進(jìn)行操作 2 RST I 復(fù)位，低有效 3 WP I 寫保護(hù)，高有效。此信號(hào)有效時(shí)不能對(duì)閃存進(jìn)行寫擦除操作 6 Vcc I 電源 7,8 GND I 地 4,5,9,10 ID0～I(xiàn)D3 I 芯片地址A0～A3，只有命令中的Device ID和ID0～I(xiàn)D3引腳電平一致時(shí)，命令才會(huì)被器件接受 11 TM I 測(cè)試引腳，正常使用時(shí)接地 12 CS I 片選，低有效，命令輸入后應(yīng)重新置為高電平 13 SCK I 串行輸入數(shù)據(jù)時(shí)鐘 14 SI I 數(shù)據(jù)輸入，命令和數(shù)據(jù)都由此腳串行輸入 15 SO O/Z 串行數(shù)據(jù)輸出，三態(tài) 16～32 NC Z 空腳３ 工作原理
ＳＳＦ１１０１具有４１９４３０４位主存儲(chǔ)單元，分成５１２頁面、每頁面１０２４個(gè)字節(jié)。此外ＳＳＦ１１０１還包含有２個(gè)ＳＲＡＭ緩沖器，每個(gè)緩沖器有１０２４個(gè)字節(jié)，當(dāng)主存儲(chǔ)器內(nèi)的１頁正被編程時(shí)，緩沖器照樣能接收輸入數(shù)據(jù)。ＳＳＦ１１０１使用ＳＰＩ串口訪問它的數(shù)據(jù)，因而硬件設(shè)計(jì)十分方便，系統(tǒng)可靠性很強(qiáng)，并可把開關(guān)噪聲降到最低。該芯片在編程期間，不需要高電壓，而編程電壓仍為電源電壓。 圖２所示是ＳＳＦ１１０１存儲(chǔ)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。
ＳＳＦ１１０１通過簡(jiǎn)單的ＳＰＩ串行口進(jìn)行數(shù)據(jù)存取，器件的操作由主機(jī)發(fā)出的指令控制，一個(gè)有效指令包括一字節(jié)４位操作碼、４位器件地址以及目的緩沖器或主儲(chǔ)器地址位置。當(dāng)ＣＳ為０時(shí)，主機(jī)向器件ＳＣＫ端發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，以引導(dǎo)操作碼和地址從ＳＩ端寫入到器件中。所有指令地址和數(shù)據(jù)都是先送高位。ＳＳＦ１１０１的操作命令如表２所列。表中的Ｘ可取任意值，它對(duì)器件操作沒有影響。
表2 SSF1101操作命令表
３．１ 狀態(tài)寄存器（ＳＲ）
ＳＳＦ１１０１具有一個(gè)８ｂｉｔ的狀態(tài)寄存器，可用于指示器件的工作狀態(tài)。該寄存器可通過“狀態(tài)寄存器讀”命令讀出寄存器中的內(nèi)容。寄存器內(nèi)容及定義如下：
ＢＦ： 忙標(biāo)志，為１時(shí)，表示器件忙，無法執(zhí)行對(duì)閃存的操作命令；
ＣＦ：比較標(biāo)志，為１時(shí)，表示緩沖區(qū)中的內(nèi)容和指定的被比較的閃存頁面不一致；
ＷＰＦ：寫保護(hù)標(biāo)志，為１表示器件處于硬件寫保護(hù)狀態(tài)；
Ｂｉｔ２～Ｂｉｔ０：容量指示位，為全１表示閃存容量為４Ｍｂｉｔ；
Ｒｅｓ：保留位，暫為０１；
當(dāng)器件正確上電復(fù)位后，ＳＲ為 ００００１１１１Ｂ。
３．２ 命令操作說明
（１）緩沖區(qū)傳送
緩沖區(qū)傳送分為三種，首先通過閃存到緩沖區(qū)的傳送命令可把指定閃存頁面中的內(nèi)容拷貝到緩沖區(qū)１或緩沖區(qū)２中，傳送到緩沖區(qū)１的命令碼為：１１００ｄｄｄｄ ＰＡ１１－ＰＡ０ ＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸ，共３２位， 并繼續(xù)保持ＳＣＫ到至少第３５個(gè)周期。其中的ＰＡ１１ － ＰＡ０為指定被傳送的閃存頁面， 如果超出器件的范圍，則自動(dòng)取模。當(dāng)ＣＳ被置高后，傳送操作開始， 同時(shí)狀態(tài)寄存器中的ＢＦ位有效。 完成傳送操作大約需要１００μｓ， 完成后，ＢＦ標(biāo)志清零（下述命令中，如沒有特別指出，其命令碼含義及操作時(shí)序均與此相同，此外針對(duì)緩沖區(qū)２的操作僅命令不同，其余部分完全相同，下述命令均相同）。
使用內(nèi)建擦除周期的從緩沖區(qū)到閃存?zhèn)魉兔顣r(shí)，一般先使用內(nèi)建的擦除周期擦除指定的閃存頁面，然后把緩沖區(qū)中的內(nèi)容拷貝到指定的閃存頁面中。
不使用內(nèi)建擦除周期的從緩沖區(qū)到閃存?zhèn)魉兔顣r(shí)，可直接把緩沖區(qū)中的內(nèi)容拷貝到指定的閃存頁面中。
（２）讀寫緩沖區(qū)
讀緩沖區(qū)命令用于讀取緩沖區(qū)１（或２）中的一個(gè)或多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，命令碼為：
１１１０ｄｄｄｄＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＢＡ１１－ＢＡ０。
其中，ＢＡ１１－ＢＡ０ 用于指定從緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)的開始地址，如果超出緩沖區(qū)大小則自動(dòng)取模。器件在第３５個(gè)ＳＣＫ的下降沿開始從ＳＯ引腳輸出數(shù)據(jù)，且高位在前。讀取一個(gè)字節(jié)后，緩沖區(qū)地址自動(dòng)加１，然后繼續(xù)輸出下一地址的數(shù)據(jù)。如到達(dá)緩沖區(qū)的尾部， 則自動(dòng)返回到緩沖區(qū)的起始地址。輸出最后一個(gè)字節(jié)后需額外的３～７個(gè)脈沖。
寫緩沖區(qū)命令用于將一個(gè)或多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)１（或２）中，命令碼為：
０１１０ｄｄｄｄＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＢＡ１１－ＢＡ０
其中，ＢＡ１１－ＢＡ０用來指定寫入緩沖區(qū)的開始地址，如果地址超出緩沖區(qū)大小則自動(dòng)取模。器件在第３３個(gè)ＳＣＫ的上升沿開始從ＳＩ引腳接收數(shù)據(jù)（高位在前），接收一個(gè)字節(jié)后寫入緩沖區(qū)， 并自動(dòng)對(duì)緩沖區(qū)地址加１后繼續(xù)接收下一地址的數(shù)據(jù)。如果到達(dá)緩沖區(qū)的頁尾，則自動(dòng)返回到緩沖區(qū)的起始地址。輸出最后一個(gè)字節(jié)后需額外的３～７個(gè)脈沖。
（３）閃存直接讀
閃存直接讀命令用于直接從閃存頁面中讀取數(shù)據(jù)，而不通過緩沖區(qū)，也不影響緩沖區(qū)中的內(nèi)容。其命令碼為：
０００１ｄｄｄｄ ＰＡ１１－ＰＡ０ ＢＡ１１－ＢＡ０。
其中，ＰＡ１１－ＰＡ０用于指定被操作的閃存頁面， 如果超出器件的范圍，則自動(dòng)取模；ＢＡ１１－ＢＡ０則用來指定從頁面內(nèi)讀取數(shù)據(jù)的開始地址，同樣， 如果超出頁面大小則自動(dòng)取模。器件在第３５個(gè)ＳＣＫ的下降沿開始從ＳＯ引腳輸出數(shù)據(jù)， 高位在前。 輸出一個(gè)字節(jié)后頁面內(nèi)數(shù)據(jù)地址自動(dòng)加１，然后繼續(xù)輸出下一地址的數(shù)據(jù)。如果到達(dá)頁尾，則自動(dòng)返回到頁初地址。
（４）比較閃存頁面和緩沖區(qū)
此命令用于比較指定的閃存頁面和緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)是否相同，在被置高后開始比較， 同時(shí)ＢＦ被置１。如果比較結(jié)果為不相同，則狀態(tài)寄存器的ＣＦ位被置１， 否則ＣＦ清零， 比較結(jié)束后ＢＦ清零。
（５）讀狀態(tài)寄存器
狀態(tài)寄存器讀命令用于讀出器件內(nèi)狀態(tài)寄存器的值。
（６）片擦除
片擦除命令用于擦除閃存所有頁面的數(shù)據(jù)，一個(gè)擦除周期大約需要２ｓ。
４ 具體應(yīng)用
ＳＳＦ１１０１由于具有５１２ｋｂｙｔｅ的大存儲(chǔ)容量，因此可廣泛應(yīng)用于數(shù)字語音存儲(chǔ)、圖象存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等應(yīng)用領(lǐng)域，以構(gòu)成大容量的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由ＡＴ８９Ｃ５２單片機(jī)與ＳＳＦ１１０１構(gòu)成的ＩＣ卡讀寫電路如圖３所示。
圖３中，ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ１．０、Ｐ１．１、Ｐ１．２分別與ＳＳＦ１１０１ ＳＰＩ的接口ＳＩ、ＳＣＫ及ＳＯ端相連以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的三線串行通信，Ｐ１．３與ＣＳ相連用于控制對(duì)器件的訪問，圖中的Ｃ９與Ｃ１０是ＩＣ卡座的接通開關(guān)，當(dāng)ＩＣ卡插入時(shí)開關(guān)閉合，Ｃ１端接入＋５Ｖ電源，ＳＳＦ１１０１上電復(fù)位后讀寫電路進(jìn)入正常的讀寫狀態(tài)，當(dāng)ＩＣ卡拔出后Ｃ１端經(jīng)電阻Ｒ２向ＡＴ８９Ｃ５２的ＩＮＴ０端發(fā)出中斷請(qǐng)求，從而轉(zhuǎn)向掉卡中斷處理程序。下面的程序代碼為與上述硬件電路配套的讀寫ＩＣ卡程序：
；位定義
ＳＩ ＢＩＴ Ｐ１．０；串行數(shù)據(jù)輸入
ＳＣＫ ＢＩＴ Ｐ１．１；串行時(shí)鐘
ＳＯ ＢＩＴ Ｐ１．２；串行數(shù)據(jù)輸出
ＣＳ ＢＩＴ Ｐ１．３；片選控制
；內(nèi)存定義
ＲＣＭＤ ＥＱＵ ３０Ｈ；讀卡命令單元
ＰＡＨ ＥＱＵ ３１Ｈ；閃存頁面高位單元
ＰＡＬ ＥＱＵ ３２Ｈ；閃存頁面低位單元
ＢＡＨ ＥＱＵ ３３Ｈ；閃存地址高位單元
ＢＡＬ ＥＱＵ ２４Ｈ；閃存地址低位單元
ＩＣＲＤＡＴＡ ＥＱＵ ２０Ｈ；讀寫數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首址
ＮＵＭＢＥＲ ＥＱＵ ８０Ｈ；數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度
；讀ＩＣ卡子程序，采用閃存直接讀方式
ＲＣＡＲＤ： ＳＥＴＢ ＣＳ
ＳＥＴＢ ＳＩ ；初始化ＳＰＩ
ＳＥＴＢ ＳＯ
ＣＬＲ ＳＣＫ
ＭＯＶ ＲＣＭＤ，＃１０Ｈ；“閃存直接讀”命令
ＭＯＶ ＤＡＨ，＃００Ｈ ；００頁面
ＭＯＶ ＤＡＬ，＃００Ｈ
ＭＯＶ ＢＡＨ，＃００Ｈ ；００地址
ＭＯＶ ＢＡＬ，＃００Ｈ
ＣＬＲ ＣＳ ；選中芯片
ＭＯＶ Ｒ０，＃ＲＣＭＤ ；指向命令單元
ＭＯＶ Ｒ１，＃０４Ｈ ；４字節(jié)命令
Ｔ ＲＣＭＤ： ＭＯＶ Ａ，＠Ｒ０
ＬＣＡＬＬ Ｓ ＯＵＴ ；調(diào)用發(fā)送子程序
ＩＮＣ Ｒ０
ＤＪＮＺ Ｒ１，Ｔ ＲＣＭＤ
ＭＯＶ Ｒ０，＃ＩＣＲＤＡＴＡ ；指向讀寫數(shù)據(jù)
緩沖區(qū)首址
ＭＯＶ Ｒ１，＃ＮＵＭＢＥＲ
ＲＩＣＤＡＴＡ： ＬＣＡＬＬ ＳＩＮ ；調(diào)用接收子程序
ＭＯＶ ＠Ｒ０，Ａ ；讀１２８字節(jié)數(shù)據(jù)到主機(jī)
ＩＮＣ Ｒ０
ＤＪＮＺ Ｒ１，ＲＩＣＤＡＴＡ
ＳＥＴＢ ＣＳ
ＲＥＴ
；寫ＩＣ卡子程序；數(shù)據(jù)首先寫入緩沖區(qū)，再使用內(nèi)建擦除周期的從緩沖區(qū)１到內(nèi)存?zhèn)魉兔顚懭胫鞔?/p>
ＷＣＡＲＤ： ＳＥＴＢ ＣＳ
ＳＥＴＢ ＳＩ
ＳＥＴＢ ＳＯ
ＣＬＲ ＳＣＫ
ＭＯＶ ＲＣＭＤ，＃６０Ｈ ；“寫緩沖區(qū)１”命令
ＭＯＶ ＢＡＨ，＃００Ｈ ；寫００Ｈ地址
ＭＯＶ ＢＡＬ，＃００Ｈ ；單元
ＣＬＲ ＣＳ
ＭＯＶ Ｒ０，＃ＲＣＭＤ
ＭＯＶ Ｒ１，＃０４Ｈ
Ｔ ＲＣＭＤ１： ＭＯＶ Ａ，＠Ｒ０
ＬＣＡＬＬ Ｓ ＯＵＴ
ＩＮＣ Ｒ０
ＤＪＮＺ Ｒ１，Ｔ ＲＣＭＤ
ＭＯＶ Ｒ０，＃ＩＣＲＤＡＴＡ；指向讀寫緩沖區(qū)
ＭＯＶ Ｒ１，＃ＮＵＭＢＥＲ
Ｔ ＲＤＡＴＡ： ＭＯＶ Ａ，＠Ｒ０
ＬＣＡＬＬ Ｓ ＯＵＴ
ＩＮＣ Ｒ０
ＤＪＮＺ Ｒ１，Ｔ－ＲＤＡＴＡ
ＳＥＴＢ ＳＣＫ
ＣＬＲ ＳＣＫ
ＳＥＴＢ ＳＣＫ
ＣＬＲ ＳＣＫ
ＳＥＴＢ ＳＣＫ
ＣＬＲ ＳＣＫ
ＭＯＶ ＲＣＭＤ，＃０Ａ０Ｈ
ＭＯＶ ＤＡＨ，＃００Ｈ
ＭＯＶ ＤＡＣ，＃００Ｈ
ＣＬＲ ＣＳ
ＭＯＶ Ｒ０，＃ＲＣＭＤ
ＭＯＶ Ｒ１，＃０４Ｈ
Ｔ ＲＣＭＤ２： ＭＯＶ Ａ，＠Ｒ０
ＬＣＡＬＬ Ｓ ＯＵＴ
ＩＮＣ Ｒ０
ＤＪＮＺ Ｒ１，Ｔ－ＲＣＭＤ
ＳＥＴＢ ＣＳ
ＬＣＡＬＬ ＤＬ３０ＭＳ ；延時(shí)３０ｍｓ
ＲＥＴ
；接收一字節(jié)數(shù)據(jù)程序
Ｓ－ＩＮ： ＭＯＶ Ｒ６，＃８
ＲＳＨＩＦＴ： ＭＯＶ Ｃ，ＳＯ
ＳＥＴＢ ＳＣＫ
ＲＬＣ Ａ
ＣＬＲ ＳＣＫ
ＤＪＮＺ Ｒ６，ＲＳＨＩＦＴ
ＲＥＴ
；發(fā)送一字節(jié)數(shù)據(jù)子程序
Ｓ ＯＵＴ： ＭＯＶ Ｒ７，＃８
ＴＳＨＩＦＴ： ＲＬＣ Ａ
ＭＯＶ ＳＩ，Ｃ
ＳＥＴＢ ＳＣＫ
ＮＯＰ
ＣＬＲ ＳＣＫ
ＮＯＰ
ＣＬＲ ＳＣＫ
ＤＪＮＡ Ｒ７，ＴＳＨＩＦＴ
ＲＥＴ
５ 結(jié)束語
ＳＳＦ１１０１串行閃速存儲(chǔ)器的串行ＩＣ卡封裝形式非常便于和單片機(jī)接口，以便構(gòu)成便攜式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，同時(shí)其較大的存儲(chǔ)容量也可滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量較大的應(yīng)用系統(tǒng)要求，因而該器件在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用前景。
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