大容量閃爍存儲器芯片AT45D081的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用

在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，經(jīng)常存在斷電后數(shù)據(jù)或機(jī)器參數(shù)的保存問題。早期一般由電池為ＲＡＭ供電，但由于環(huán)境及電池本身的原因，這種方式常使數(shù)據(jù)丟失。目前，小容量數(shù)據(jù)存儲多采用９３系列ＥＥＰＲＯＭ（如９３Ｃ４６）或２４系列ＥＥＰＲＯＭ（如２４Ｃ４５）。但如果要求存儲的數(shù)據(jù)量很大？這些芯片的存儲能力就不能勝任。為此，本文介紹一種大容量的閃爍存儲器芯片ＡＴ４５Ｄ０８１，并給出其在稅控加油機(jī)中的應(yīng)用。

１、ＡＴ４５Ｄ０８１簡介

１．１ ＡＴ４５Ｄ０８１的特點(diǎn)

ＡＴ４５Ｄ０８１Ａ是ＡＴＭＥＬ公司生產(chǎn)的閃爍存儲器。它采用串行方式傳送數(shù)據(jù)， 符合ＩＳＯ７８１６標(biāo)準(zhǔn)，時鐘頻率可高達(dá)１５ＭＨｚ， 并采用單５Ｖ電源供電。同時具有功耗低、體積小、容量大、傳送快速， 與ＣＭＯＳ和ＴＴＬ電平兼容以及掉電后數(shù)據(jù)不丟失等特點(diǎn)。 由于讀寫時序與ＳＰＩ模式０與模式３兼容， 因此，其硬件設(shè)計(jì)與軟件編程都很容易。

１．２ 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳說明

ＡＴ４５Ｄ０８１內(nèi)部由主存儲器陣列、兩個ＳＲＡＭ數(shù)據(jù)緩沖區(qū)ＢＵＦＦＥＲ１、ＢＵＦＦＥＲ２以及Ｉ／０接口組成。其中主存儲器陣列容量為８Ｍ Ｂｉｔｓ，由４０９６頁組成，每頁２６４字節(jié)，為編程方便又把連續(xù)的８頁定義為一塊。每個ＳＲＡＭ數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小為２６４字節(jié)。 這兩個緩沖區(qū)可在主存儲器陣列訪問某一緩沖區(qū)或某緩沖區(qū)訪問主存儲器陣列時，另外一個緩沖區(qū)能同時與外部交換數(shù)據(jù)。主存儲器與緩沖區(qū)的相互訪問是在芯片內(nèi)部自動完成的，且不需要外部的干涉，這樣就大大提高了外部訪問的效率。但外部可以通過讀取芯片提供的只讀狀態(tài)存儲器的內(nèi)容知道芯片容量及工作狀態(tài)信息（可用就緒／忙標(biāo)志指示緩沖區(qū)是否與指定的主存儲器陣列頁內(nèi)容一致）。

ＡＴ４５Ｄ０８１的主要引腳功能見表１所列。當(dāng)ＡＴ４５Ｄ０８１的ＣＳ由高變低時，芯片啟動一次操作，而當(dāng)ＣＳ由低變高時，終止操作。這時ＳＩ上的任何數(shù)據(jù)都被忽略，ＳＯ處于高阻態(tài)。 當(dāng)ＷＰ為低時，主存儲器的前２５６頁不能被訪問。如果要訪問前２５６頁，則必須使ＷＰ為高。ＷＰ已被芯片內(nèi)部拉高，如果要對前２５６頁編程，那么，ＷＰ應(yīng)在外部置高電平。

１．３ 操作指令及讀寫時序

外部訪問主存儲器陣列和緩沖區(qū)及狀態(tài)寄存器是通過輸入命令來實(shí)現(xiàn)的。ＡＴ４５Ｄ０８１共提供了２６條命令？這些命令按功能可分為讀主存儲器陣列頁、主存儲器陣列頁內(nèi)容傳送到緩沖區(qū)、緩沖區(qū)內(nèi)容傳送到主存儲陣列頁、頁擦除、塊擦除、外部通過緩沖區(qū)對主存儲器頁寫入、自動頁重寫？緩沖區(qū)讀寫？狀態(tài)寄存器讀等。所有的命令都遵循下面的格式？首先是８位命令碼？然后是２４位地址碼？有的命令后面還要輸入無關(guān)碼。輸入時高位在前？低位在后。輸入模式與ＳＰＩ模式０與模式３兼容。表２所列是連續(xù)讀主存儲陣列、讀狀態(tài)寄存器和寫緩沖區(qū)命令格式。表中：ｒ代表該位為保留位，ｐ表示該位為頁地址位，ｂ表示該位為頁內(nèi)字節(jié)地址位，ｘ表示該位可以為０也可以為１，Ｎ／Ａ表示輸入數(shù)據(jù)流中沒有這些位，由表２可知：２４位地址可分為５位保留位， ７位塊地址，１０位頁地址和９位頁內(nèi)字節(jié)地址。對于主寄存器陣列，頁內(nèi)字節(jié)的訪問，如連續(xù)讀主寄存器陣列，必須指定頁及頁內(nèi)地址作為訪問的首地址。同時還需注意，該命令２４位地址后還有３２位無關(guān)位輸入。而對于緩沖區(qū)的訪問？因緩沖區(qū)的大小為２６４字節(jié)，因此指定９位地址就可以了。此外，在塊的擦除方面，由于是整塊操作，所以，只需指定７位塊地址而無需指定其它地址。

圖２所示是連續(xù)讀主寄存器陣列的時序。從時序圖可看出，當(dāng)ＣＳ為高電平時，ＳＩ輸入的位流無效，此時，ＳＯ處于高阻態(tài)。當(dāng)ＣＳ由高到低時，片選有效，此時將啟動操作命令，在時鐘ＳＣＫ的上升沿把ＳＩ上已備好的數(shù)據(jù)串行送入芯片（高位在前）。對于連續(xù)讀主存儲器陣列命令，其輸入命令格式位流為：

０１１０１０００ ｒｒｒｒｒｐｐｐ ｐｐｐｐｐｐｐｂ ｂｂｂｂｂｂｂｂ ｘｘｘｘｘｘｘｘ ｘｘｘｘｘｘｘｘ ｘｘｘｘｘｘｘｘ ｘｘｘｘｘｘｘｘ ，共６４位。當(dāng)?shù)冢叮祩€時鐘到來時？ＳＯ由高阻態(tài)變?yōu)橛行顟B(tài)而輸出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸出也是高位在前。

２、ＡＴ４５Ｄ０８１在稅控加油機(jī)中的應(yīng)用

２．１ 稅控加油機(jī)對存儲器的要求

稅控加油機(jī)是對車輛、油罐等設(shè)備進(jìn)行加油并進(jìn)行稅務(wù)管理的加油機(jī)器。為對加油過程進(jìn)行有效監(jiān)督管理，稅控加油機(jī)必須達(dá)到國家要求的加油精度，并應(yīng)顯示每次加油的油價(jià)、加油量及加油金額，同時稅控加油機(jī)也必須能夠存儲７年之內(nèi)每天的加油記錄，并提供查詢接口。

為了滿足稅控加油機(jī)對數(shù)據(jù)存儲的要求，存儲器必須提供足夠大的存儲空間，且在掉電時不能丟失數(shù)據(jù)。同時應(yīng)有較強(qiáng)的防數(shù)據(jù)誤寫功能以保證存儲在存儲器中稅務(wù)數(shù)據(jù)的安全。基于多方面考慮？設(shè)計(jì)中選用了ＡＴ４５Ｄ０８１。

２．２ 稅控加油機(jī)的功能結(jié)構(gòu)

稅控加油機(jī)主要由稅控ＣＰＵ、主控ＣＰＵ以及其它一些外圍設(shè)備組成。稅控ＣＰＵ和主控ＣＰＵ之間是通過模擬的ＳＰＩ總線來通信的。主控ＣＰＵ通過ＳＫＨ向稅控ＣＰＵ請求通信，稅控ＣＰＵ通過ＳＫＬ作應(yīng)答。通信數(shù)據(jù)先由一方放到雙端口移位緩存中，然后通知對方到緩存中取數(shù)據(jù)。加油的工作過程如下，主控ＣＰＵ檢測到提油槍信號后將向稅控ＣＰＵ發(fā)出加油請求。如果稅控ＣＰＵ允許加油，則一方面使能電機(jī)控制輸入端Ａ，同時通知主控ＣＰＵ，主控ＣＰＵ接到通知后，立即使能電機(jī)控制端Ｂ，同時計(jì)算加油數(shù)據(jù)并通過ＳＰＩ協(xié)議總線傳送到稅控ＣＰＵ，再由稅控ＣＰＵ驅(qū)動顯示。當(dāng)主ＣＰＵ檢測到油槍掛起后，它一方面送出關(guān)電機(jī)信號，另一方面通知稅控ＣＰＵ也送出關(guān)機(jī)信號。當(dāng)然，主控ＣＰＵ也可以通過鍵盤向稅控ＣＰＵ查詢時間及其它信息。

２．３ 提高可靠性的設(shè)計(jì)措施

加油的數(shù)據(jù)由稅控ＣＰＵ保存在ＡＴ４５Ｄ０８１中。為提高芯片的抗干擾能力，防止程序?qū)π酒恼`寫，有效保護(hù)片內(nèi)數(shù)據(jù)。硬件設(shè)計(jì)中采取了一些保護(hù)措施。其原理如下：

設(shè)ＣＳ為Ｑ０，ＲＤＹ為Ｑ１，ＣＰＵ的復(fù)位信號ＲＥ-ＳＥＴ為Ｃ。ＡＴ４５Ｄ０８１的復(fù)位信號ＲＥＳＥＴ１為Ｙ， 則Ｙ＝（Ｑ１Ｑ２）Ｃ。因此，當(dāng)ＣＰＵ剛上電復(fù)位或由于主控ＣＰＵ運(yùn)行出錯（如程序跑飛）而使“看門狗”芯片ＭＡＸ８１３輸出復(fù)位信號ＲＥＳＥＴ產(chǎn)生熱復(fù)位時，系統(tǒng)迫使ＡＴ４５Ｄ０８１復(fù)位，同時禁止對該片的任何讀寫操作。當(dāng)ＣＰＵ處于正常工作時，只有該片的片選信號有效，同時芯片處于就緒狀態(tài)時，才允許對其進(jìn)行訪問，否則迫使芯片處于復(fù)位狀態(tài)并禁止訪問，這樣就防止了外界對其進(jìn)行誤寫，從而有效地保護(hù)了片內(nèi)數(shù)據(jù)。

圖3

２．４ ＡＴ４５Ｄ０８１的讀寫軟件編程

ＡＴ４５Ｄ０８１有關(guān)引腳接線如圖３所示，下面給出針對寫緩沖區(qū)和連續(xù)讀主存儲器陣列命令的５１匯編語言軟件編程。

;向緩沖區(qū)１寫入數(shù)據(jù)

ｗｒｉｔｅｂｕｆ：

ｃｌｒ ＣＳ

ｍｏｖ ａ，＃８４ｈ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送命令碼

ｃｌｒ ａ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送８位任意碼

ｍｏｖ ａ，ｈｉ_ａｄｄｒ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送高字節(jié)地址

ｍｏｖ ａ，ｌｏ_ａｄｄｒ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送低字節(jié)地址

ｗｒｉｔｅｂｕｆ０：

ｍｏｖ ａ，＠ｒ０

;連續(xù)讀主存儲器陣列內(nèi)容

Ｒｅａｄｍａｉｎ：

ｃｌｒ ＣＳ

ｍｏｖ ａ，＃６８ｈ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送命令碼

ｃｌｒ ｃ

ｍｏｖ ａ，ｌｏｐａｇｅａｄｄ

ｒｌｃ ａ

ｍｏｖ ａ，ｈｉ_ｐａｇｅ_ａｄｄｒａｄｄ;

;合成２４位地址的９～１８位

ｒｌｃ ａ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ;送前８位

ｍｏｖ ａ，ｈｉ_ａｄｄｒ

ｒｒｃ ａ

ｍｏｖ ａ，ｌｏｐａｇｅａｄｄ

ｒｌｃ ａ ;合成２４位地址０～８位

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送第２個８位

ｍｏｖ ａ，ｌｏ_ａｄｄｒ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送０～７位

ｃｌｒ ａ

ｍｏｖ ｒ３，＃０４Ｈ

ｒｅａｄｍａｉｎ０：

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ

ｄｊｎｚ ｒ３，ｒｅａｄｍａｉｎ０ ;送３２位無關(guān)位

ｒｅａｄｍａｉｎ１：

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｉｎ

ｍｏｖ ＠ｒ０，ａ

ｉｎｃ ｒ０ ;

;連續(xù)從指定的頁及頁內(nèi)地址讀出Ｒ２個數(shù)據(jù)

ｄｊｎｚ ｒ２，ｒｅａｄｍａｉｎ１ ; 送命令碼

ｓｅｔｂ ＣＳ

ｒｅｔ

ＲｅａｄＳｔａｔｅ： ;讀狀態(tài)寄存器內(nèi)容

ｃｌｒ ｆｍｃｓ

ＭＯＶ ａ，＃５７ｈ;

ｌｃａｌｌ ｏｕｔｃｏｍｍｏｎ

ｌＣＡＬＬ ｉｎｃｏｍｍｏｎ

ｓｅｔｂ ｆｍｃｓ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ; 連續(xù)從Ｒ０指定的地址寫入Ｒ２個數(shù)據(jù)到ＢＵＦＦＥＲ１

ｉｎｃ ｒ０

ｄｊｎｚ ｒ２，ｗｒｉｔｅｂｕｆ０

ｓｅｔｂ ＣＳ

ｒｅｔ

３、結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的稅控加油機(jī)已通過國家稅控認(rèn)證及電磁兼容試驗(yàn)認(rèn)證。產(chǎn)品投產(chǎn)５年來，運(yùn)行一直穩(wěn)定可靠，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國家要求標(biāo)準(zhǔn)。尚未發(fā)現(xiàn)存儲在ＡＴ４５Ｄ０８１中的數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟失和異常現(xiàn)象。

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