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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Programmation de puces de mémoire FLASH. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / microcontrôleurs Les microcircuits de mémoire permanente reprogrammables avec effacement électrique des données, fabriqués à l'aide de la technologie FLASH, ont pris une position forte dans la technologie électronique et informatique, supplantant d'autres types de dispositifs de stockage non volatils. Leur principal avantage est la possibilité de reprogrammer "dans le système" sans dessouder le microcircuit de la carte de circuit imprimé ni le retirer du panneau. Un grand nombre autorisé de cycles de reprogrammation permet de construire des "disques FLASH" d'un volume de dizaines de mégaoctets sur de tels microcircuits, qui diffèrent des lecteurs de disque dur ou de disquette conventionnels en l'absence totale de pièces mobiles. En conséquence, ils sont durables et capables de fonctionner dans des environnements à fortes vibrations tels que les véhicules et autres objets en mouvement. L'article publié est consacré à la programmation des puces à mémoire FLASH. Les puces de mémoire FLASH diffèrent des autres types de ROM par la présence d'un "programmeur" intégré directement sur la puce - une machine d'effacement et d'écriture (AC3). Il élimine le besoin dans le processus de programmation d'appliquer une tension accrue aux sorties du microcircuit, pour former certaines séquences d'impulsions. AC3 fait tout cela de manière indépendante et imperceptible pour l'utilisateur, qui n'a qu'à signaler l'adresse de la cellule et le code qui doit y être écrit à l'aide de la commande appropriée, et attendre la fin de l'opération. Dans de nombreux cas, une opération longue (telle que l'effacement d'un bloc de données) peut être interrompue, lire les informations souhaitées dans une autre zone de mémoire, puis continuer. Aujourd'hui, de nombreuses sociétés (les plus connues sont Intel, AMD, Atmel, Winbond) produisent une large gamme de puces de mémoire FLASH jusqu'à 4 Mo. Leur interface externe est soit parallèle, soit série. Les puces à interface série sont principalement destinées à stocker de petites quantités de données dans des appareils de petite taille ou spécialisés, par exemple pour stocker des paramètres fixes pour un récepteur radio ou un programme pour faire fonctionner un appareil électroménager. Ensuite, nous parlerons des microcircuits FLASH "parallèles", qui, en termes de dispositif physique et logique de l'interface avec le processeur, ne diffèrent en rien des ROM conventionnelles, sauf qu'ils ont, comme la RAM, une autorisation d'écriture saisir. C'est dans ces microcircuits que sont stockés les codes BIOS des ordinateurs modernes. L'organisation des données est de 16 ou 70 bits. Souvent, il peut être choisi en connectant une sortie spécialement fournie à un fil commun ou à une source d'alimentation. En plus des bus d'adresse et de données, trois signaux de commande sont fournis aux microcircuits : sélection de cristal (CE), validation de sortie (OE) et validation d'écriture (WE). Ce dernier - uniquement si la puce doit être programmée. La durée minimale du cycle de lecture est de 150... XNUMX ns. Dans les premiers microcircuits FLASH, le réseau de cellules mémoire était un seul bloc et les données ne pouvaient être entièrement effacées que de l'ensemble du réseau. Dans de nombreux microcircuits modernes, la mémoire est divisée en blocs et l'effacement des données dans l'un d'eux n'affecte pas les données stockées dans les autres. Les tailles de bloc sont très différentes - de 128 octets à 128 Ko ou plus. Cependant, lors de la lecture de données, toute la mémoire du microcircuit est considérée comme un seul tableau, et c'est tout. qu'il soit physiquement divisé en blocs n'a pas d'importance. En règle générale, les blocs sont identiques et égaux, mais ils peuvent être différents. Par exemple, les puces de la série 28Fxxx d'Intel ont un soi-disant bloc de démarrage de 16 Ko et deux blocs de paramètres de 8 Ko chacun. Il est suivi d'un bloc de 96 Ko, et le reste de la mémoire est constitué de blocs de 128 Ko. Les propriétés de ces blocs sont légèrement différentes. Boot dispose d'une protection matérielle en écriture et en effacement. Il est activé en appliquant le niveau logique approprié à une sortie spécialement fournie du microcircuit. Les blocs de paramètres sont conçus pour stocker les données fréquemment modifiées et supporter un plus grand nombre de cycles d'effacement/écriture que les autres. Chacun des microcircuits de la série considérée est réalisé en deux versions, différant par le placement des blocs dans l'espace d'adressage. Dans les microcircuits d'indice B (en bas), ils sont situés, à partir de l'adresse zéro, dans l'ordre indiqué ci-dessus. Dans les produits avec l'index T (en haut), l'ordre est inversé (boot - dans la zone des adresses les plus élevées). Les microcircuits à mémoire FLASH actuellement produits sont conçus pour des tensions d'alimentation nominales de 2.7 à 5 V. Ils ne nécessitent aucune augmentation de tension (12 V) ou ne sont nécessaires que dans certains modes spéciaux. Dans l'état passif ("non sélectionné"), ces microcircuits consomment un courant ne dépassant pas 1 mA de la source d'alimentation (dans la plupart des cas, dix fois moins). Parfois, un mode veille spécial est fourni, dans lequel la consommation est négligeable. Certes, il est impossible de lire les données d'un microcircuit "endormi", mais pour le "réveiller". il faut parfois plusieurs dizaines de microsecondes. Le courant consommé en mode actif est de plusieurs dizaines de milliampères, et si vous mettez une puce dans un état passif, dont l'AC3 effectue une longue opération (par exemple, efface des données), le courant ne diminuera pas tant qu'il ne sera pas terminé. Une grande attention est accordée à la protection des données stockées dans la mémoire FLASH contre les modifications accidentelles, en particulier sous l'influence du bruit et des transitoires lors de la mise sous tension et hors tension. Dans la plupart des cas, il existe trois types de protection matérielle. Le premier est. que le microcircuit ne répond pas aux impulsions dans le circuit WE d'une durée inférieure à 15 ... 20, la seconde est qu'avec un niveau logique bas à l'entrée OE, aucune manipulation de signal aux autres entrées ne peut provoquer un enregistrement, le le troisième c'est ça. que lorsque la tension d'alimentation tombe en dessous d'un certain niveau, AC3 s'éteint. Pour les microcircuits de différents types, le seuil d'arrêt est compris entre 1.5 et 3.8 V. Parfois, il est possible d'interdire complètement la modification et l'effacement de l'ensemble du tableau de données ou de ses parties. L'imposition ou la levée d'une telle interdiction nécessite généralement des mesures "extraordinaires" (par exemple, appliquer brièvement une tension accrue à certains terminaux). Une protection logicielle est également fournie. Pour modifier le contenu d'une cellule, la mémoire FLASH ne suffit pas, comme dans la RAM classique. écrire un code à une adresse. Une commande est requise, composée de plusieurs codes écrits à des adresses spécifiques. Toute puce FLASH est capable de dire son type à l'appareil dans lequel elle est installée, ce qui vous permet de sélectionner automatiquement les algorithmes nécessaires pour écrire et effacer des données. Les commandes appropriées sont fournies pour activer et désactiver par programmation le mode de lecture d'ID. Après l'avoir allumé, l'identifiant du fabricant est lu à l'adresse OH et les appareils sont lus à l'adresse 1H (les identifiants de certains microcircuits sont indiqués dans le tableau). Dans le même mode, mais à d'autres adresses, dans certains cas, vous pouvez obtenir des informations supplémentaires, par exemple sur l'état de la protection en écriture du matériel.
Il est possible de passer au mode de lecture des identifiants sans commande, en appliquant une tension de +9 V à l'entrée d'adresse A12.L'écart admissible de sa valeur pour les microcircuits de types différents est différent. Dans certains cas, il n'est pas supérieur à ± 5 %. dans d'autres, il suffit que la tension ne dépasse qu'une certaine valeur, par exemple 10 V. Les identifiants sont lus aux adresses ci-dessus, en les définissant sans tenir compte de la décharge A9. Habituellement, cette méthode est utilisée dans les programmeurs universels. L'AC3 de la plupart des puces de mémoire flash accepte les commandes données conformément à la norme dite JEDEC, bien qu'il existe des exceptions. Parfois, lors de la mise à niveau des puces, leur système de commande est complété par des combinaisons de codes standard, tout en conservant toutefois les anciennes commandes (cela est nécessaire pour que les puces mises à niveau puissent fonctionner dans les appareils précédemment publiés). Intel utilise son propre système de commande. Avant d'examiner les commandes en détail, parlons un peu de la connexion des puces FLASH. En règle générale, les microcircuits du même type sont produits dans plusieurs types de boîtiers, différant par leur emplacement, leur pas et leur nombre de broches. Souvent, des options "miroir" sont fournies, vous permettant d'installer des microcircuits sur n'importe quel côté de la carte sans modifier la topologie des conducteurs imprimés. Les numéros de broches dans les schémas ci-dessous sont typiques pour les puces de mémoire 512K dans les packages PLCC et PDIP 32 broches les plus courants. Le "brochage" des microcircuits d'un plus petit volume est similaire, mais les conclusions des chiffres les plus élevés ne leur sont pas connectées (par exemple, le 29e et le 010er sont libres pour Am30F1). Un schéma similaire à celui représenté sur la Fig. 1 sont utilisés s'il est nécessaire d'effacer et d'écrire des données sans retirer la puce du système à microprocesseur.
On suppose que le bus de données du système est de huit bits, les adresses sont de 16 bits. La ROM est allouée dans l'espace d'adressage de 32 Ko, le reste peut être occupé par la RAM Puisque la quantité de mémoire de l'Am29F040 est de 512 Ko, un registre de page de mémoire FLASH est fourni qui contrôle les bits supérieurs de l'adresse. Pour lire et écrire des données, vous pouvez utiliser les procédures simples suivantes (écrites en Pascal) :
S'il est nécessaire de programmer la puce FLASH en dehors de l'appareil dans lequel elle fonctionnera, elle peut être connectée à un ordinateur personnel. Pour ce faire, la méthode la plus simple consiste à installer une carte d'E/S parallèle en option sur votre ordinateur. De telles cartes telles que PCL-731 d'Advantech, DIO-48 d'IOP DAS ou PET-48DIO d'ADLink sont disponibles dans le commerce. En règle générale, ils ont 48 entrées / sorties et ils fonctionnent de manière similaire à deux microcircuits 8255 (KP5806V55A) en mode O avec les mêmes ports d'information et de contrôle, même si en réalité il n'y a pas de tels microcircuits dans leur composition. Si nécessaire, la carte d'entrées/sorties parallèles peut être réalisée indépendamment, en utilisant l'article de N. Vasiliev "PC Interface Extender" ("Radio", 1994, n°6, pp. 20, 21). Pour la lecture ou la programmation, la puce FLASH est connectée aux ports de deux puces 8255 selon le circuit illustré à la Fig. 2. Le port PA du premier d'entre eux est utilisé pour l'entrée/sortie de données, des bits séparés de son port PC sont utilisés pour la sortie des signaux de contrôle CE, OE et WE. Les ports PA, PB et PC forment ensuite le bus d'adresse 24 bits de la puce FLASH. Si une plus petite largeur de bits de ce bus est suffisante, le nombre correspondant de bits de poids fort du port PC n'est pas connecté.
Les ports de la carte d'E/S et les constantes auxiliaires doivent être décrits dans le programme comme suit :
Et les procédures d'accès à la mémoire FLASH décrites ci-dessus sont remplacées par les suivantes : м Maintenant - en fait sur la programmation de microcircuits FLASH. Selon la norme JEDEC, chaque commande commence par la saisie du code OAAN à l'adresse 5555H. Ensuite, le code 55H est écrit à l'adresse 2AAAH et, enfin, le code de l'opération à effectuer à l'adresse 5555H.
En parlant, par exemple, de la commande 40H, nous entendrons une telle séquence avec le numéro 40H comme code d'opération.
Après la mise sous tension, tout microcircuit FLASH entre automatiquement dans ce mode et il n'est pas nécessaire de le régler avec une commande spéciale. Cependant, il est nécessaire, par exemple, de sortir du mode de lecture des identifiants. Elle est parfois appelée commande de réinitialisation ou de configuration initiale. Pour transférer certains microcircuits en mode de lecture de matrice, un cycle d'écriture du code 0F0H à n'importe quelle adresse suffit.
Le cycle d'écriture suivant la commande 0A0H contient l'adresse de la cellule programmable et le code qui y est écrit. Dans la plupart des cas, l'écriture dans chaque cellule nécessite une commande distincte. Gardez à l'esprit que, comme les EEPROM classiques, dans les bits d'une cellule programmable, vous ne pouvez remplacer les uns logiques que par des zéros. Pour effectuer l'opération inverse, il est généralement nécessaire d'effacer d'abord le contenu de tout le bloc mémoire et de répéter la programmation de toutes ses cellules. Notez que les AC3 de nombreuses puces FLASH ne reconnaissent pas ces erreurs et signalent le succès. Pour s'assurer que la programmation est correcte, une lecture de contrôle des données enregistrées est nécessaire. Dans les puces Winbond avec des blocs de 128 octets, la programmation de n'importe quelle cellule est automatiquement précédée de l'effacement de toutes les données du bloc contenant. Par conséquent, vous devez toujours d'abord copier le bloc dans la RAM, apporter les modifications nécessaires à la copie et reprogrammer les 128 octets. Ayant reçu la commande OOH, l'adresse et le premier des octets programmables, AC3 l'entre dans le tampon interne du bloc et attend 200 µs sans lancer la programmation. Si pendant ce temps une autre commande OOH et l'octet suivant sont reçus, il ira également dans la mémoire tampon et AC3 attendra les 300 µs suivantes. Cela continue jusque-là. jusqu'à ce que les 128 octets du bloc soient reçus ou que la pause dépasse la valeur autorisée (300 μs). L'AC3 efface alors le bloc et démarre la programmation proprement dite. La séquence d'écriture dans le tampon des données destinées aux différentes cellules du bloc n'a pas d'importance, mais les cellules pour lesquelles les données n'ont pas été reçues contiendront les codes 0FFH après programmation. Il existe deux façons d'écrire des données de programmation sur une telle puce. Le premier d'entre eux (habituel pour les autres) est appelé logiciel protégé. Chaque octet à écrire doit être précédé d'une commande OOH. Cependant, la protection peut être désactivée en émettant les commandes 80H et 20H en séquence.
Après cela, l'octet écrit à n'importe quelle adresse entre dans le tampon interne du microcircuit, et ce mode est maintenu même après la mise hors tension et sous tension. Sortez-en au commandement d'OON.
Il existe deux options de commande équivalentes pour écrire des données sur une puce Intel FLASH. Tout d'abord, l'un des codes 40H ou 10H est écrit à n'importe quelle adresse. puis - le code programmable à l'adresse souhaitée.
Commande "Effacer toute la mémoire". AC3 du microcircuit FLASH démarre cette opération importante en recevant une séquence de deux commandes - 80H et 10H.
Les microcircuits Intel reçoivent une commande similaire en écrivant à des adresses arbitraires de codes 20H et 0D0H
L'effacement de tout le contenu de la mémoire prend de quelques dizaines de millisecondes à plusieurs secondes. Certains microcircuits offrent la possibilité de suspendre ce processus en écrivant le code OVON à n'importe quelle adresse. Après avoir écrit (également à n'importe quelle adresse) le code 30H (pour les puces Intel - ODOH), l'effacement se poursuivra. Supprimer la commande de bloc. Pour effacer le contenu d'un bloc mémoire, deux commandes doivent être données. Le premier d'entre eux est 80H, le second diffère en ce que son code d'opération 90H doit être écrit non pas à l'adresse 5555H, mais à l'adresse de l'une des cellules du bloc effacé.
Commande "Lire les identifiants". Pour passer à ce mode, la commande 90H est utilisée, mais parfois une séquence de deux commandes est nécessaire - 80H et 60H.
Dans les microcircuits Intel, il suffit d'écrire le code 90H à n'importe quelle adresse. Ce mode est quitté par la commande "Read data array" décrite ci-dessus. Comment vérifier la fin de l'exécution des commandes "longues" de programmation et d'effacement ? Le plus simple est d'utiliser les données de référence du microcircuit et de prévoir la formation logicielle des retards correspondants. Mais le temps d'exécution réel de certaines opérations diffère souvent sensiblement des valeurs de référence même pour différentes cellules et blocs d'un même microcircuit, augmentant au fur et à mesure que ce dernier « vieillit ». La lecture du registre d'état AC3 vous permet de connaître avec précision le moment de la fin d'une opération particulière. La puce FLASH envoie le contenu de ce registre au bus de données tant que AC3 est occupé à effectuer une procédure d'effacement ou de programmation. Il y a deux signes que le processus n'est pas terminé. La première est que la valeur du bit D7 du registre d'état est inverse par rapport à la valeur écrite sur le même bit de la cellule mémoire (lors de l'effacement, il est égal à 0). A la fin de l'opération, il correspondra à celui enregistré. Le deuxième symptôme est le "clignotement" du bit D6 (sa valeur change à chaque lecture du registre jusqu'à ce que l'opération soit terminée). En règle générale, les deux signes sont observés, cependant, il existe des exceptions. Par exemple, dans les puces Intel, il n'y a pas de bit "scintillement" et le bit D7 est à 0 pendant la programmation, quel que soit le code en cours d'écriture. La fin de l'opération dans ce cas est matérialisée par D7=1. Dans les microcircuits avec enregistrement de bloc (par exemple, de Winbond), la valeur du bit D7 est inversement analogue au bit du dernier code écrit dans le tampon de bloc. Habituellement, à la fin de la programmation ou de l'effacement, la puce FLASH revient automatiquement au mode de lecture de la matrice de données, mais les puces Intel nécessitent une commande correspondante pour cela. Si la puce tombe en panne, l'opération "longue" peut ne jamais se terminer, provoquant le "blocage" de l'ordinateur de programmation. Pour éviter cela, il faut prévoir un contrôle de la durée des opérations d'effacement et de programmation et, en cas de dépassement d'une valeur raisonnable, une sortie "urgence" avec un message de défaut. Parfois, en particulier lorsque vous travaillez avec des microcircuits qui ont subi un certain nombre de cycles d'effacement / programmation proches de la limite, il est judicieux de répéter plusieurs fois l'opération infructueuse. L'une des tentatives peut être couronnée de succès. En conclusion, quelques mots sur les utilitaires permettant de mettre à jour le BIOS de l'ordinateur stocké en mémoire FLASH. Ils sont développés pour chaque type de cartes système (carte mère) et prennent en compte les particularités de la connexion des microcircuits FLASH aux bus système. Par conséquent, les tentatives d'utilisation d'un utilitaire conçu pour un type de carte pour mettre à jour le BIOS d'un autre entraînent souvent une panne complète de l'ordinateur. L'utilitaire est lancé comme un programme d'application normal, en spécifiant en paramètre le nom du fichier contenant les codes de la nouvelle version du BIOS. Il lit ce fichier, créant un tableau de données dans la RAM à écrire dans la mémoire FLASH. Ensuite, il détermine le type de microcircuit et sélectionne les procédures appropriées pour travailler avec lui. Après cela, l'effacement des anciennes et l'enregistrement des nouvelles données commencent et, à ce stade, le programme ne peut utiliser aucune fonction du BIOS, y compris l'affichage d'informations à l'écran ou l'interrogation du clavier. S'il est encore nécessaire de le faire, les sous-programmes nécessaires sont introduits dans l'utilitaire lui-même. Une fois la programmation terminée et vérifiée, l'ordinateur est généralement redémarré et démarre une "nouvelle vie" avec un BIOS mis à jour. Auteur : A. Dolgiy, Moscou
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