「マイコンによるNOR型フラッシュメモリ制御」

3-1. 特徴

• メモリからの読み出しはSRAMなどと同様に1バイト単位のアクセスが可能
• メモリの消去（イレーズ）、書き込み（プログラム）は、基本的にコマンド入力によるブロック単位での操作が必要
• イレーズ、プログラム等のコマンドにはメーカーにより、若干の違いがある
• 書き込み動作が低速である（メーカーによっては独自の高速書き込み方式をサポートしている）

リードアクセスについては、SRAMインタフェースを搭載しているマイコンであれば、ソフト的には何も意識することなくアクセスが可能です。しかし、フラッシュへの書き込み（プログラム）に関しては、コマンド入力が必要となるため、ドライバソフトが必要となります。また、プログラム時には0→1のデータ書き込みを行うことができないため、必ず書き込み対象のセクタをイレーズ（対象領域のデータがすべて0xFFFFとなる）してからプログラムする必要があります。

3-2. 端子

16ビットバスのNOR型フラッシュメモリを例に、各端子（マイコンと接続する主要な端子のみ）の機能について下表に説明します。
端子名はメーカーにより多少の違いがあります。

表1. NOR型フラッシュメモリ端子機能

3-3. リードアクセスタイミング

NOR型フラッシュメモリへのリードアクセス時におけるタイミングチャート例を下図に示します。SRAM等のアクセスと同様に、バスクロックが早すぎて、ノンウェイト（通常、2ステートアクセス）時にフラッシュメモリ推奨のアクセスタイムを守れない場合は、マイコンの設定でウェイトサイクルを挿入することができます。

図1. NOR型フラッシュメモリ　リードアクセスタイミング例（3ステートアクセス）

ライトアクセス時のタイミングチャートは、基本的にはリード時（図1）と同じような内容となります（OE#の代わりにWE#がアサートされる）。しかし、フラッシュメモリの書き換え（プログラム）にはコマンドの入力が必要となりますので、SRAMのように1サイクルで書き込みを行うことはできません。

3-4. コマンド方式

先に述べたとおり、メモリの消去（イレーズ）、書き込み（プログラム）などの操作は、コマンド入力により行います。コマンドには、フラッシュメモリメーカーごとにいくつか種類が存在しますが、代表的なものにJEDEC（Joint Electron Device Engineering Council）標準型コマンド方式とIntel系CUI（Common User Interface）コマンド方式があります。
プログラムおよびセクタイレーズ（ブロックイレーズ）時の入力コマンドについて、JEDEC標準型コマンド方式とCUIコマンド方式での具体例を下表にまとめます。コマンドアドレス/データの違いのほか、コマンド入力に必要なサイクル数にもそれぞれ違いがあります。
JEDEC標準型コマンド方式は、Hynix、Macronix、SPANSION、ＳＴマイクロエレクトロニクス、東芝などのメーカーが採用している方式です。一方、CUIコマンド方式は、Intel、シャープなどのメーカーが採用しています。

なお、JEDEC標準型コマンド方式におけるアドレスコマンド入力には若干注意が必要です。マイコンとフラッシュメモリを16ビットバス接続して使用する場合、ハード的にマイコンのアドレスバスとフラッシュメモリのアドレスバスを1bitずらして接続する場合があります（例えば、マイコン側のA22〜A1をフラッシュメモリのA21〜A0に接続するような場合）。このような場合は、下表のバスサイズ”Word”側のアドレスコマンドを入力してしまうと、正常にプログラム/イレーズができません。1bit左シフトしたアドレスコマンドを入力する必要があります。

表2. プログラム/イレーズ時入力コマンド（JEDEC標準型コマンド方式）

表3. プログラム/イレーズ時入力コマンド（CUIコマンド方式）

3-5. プログラムシーケンス

プログラムシーケンス実行時のタイミングチャートを下図に示します。
先に挙げたJEDEC標準型コマンド方式とCUIコマンド方式では、それぞれ入力コマンドなどに違いはありますが、基本的な流れは同じです。まず、各方式に従って、コマンドとプログラムデータのライトを行います。その後、フラッシュメモリ内部の書き込み処理が完了するまで一定の時間を要しますが、書き込みが正常に完了したことをチェックするためにステータス情報の読み込みを行います。内部処理の完了については、RY/BY#信号の状態でも確認することは可能ですが、正常にプログラム完了できなかった場合のエラー情報を確認するにはステータス情報を解析する必要があります。

図2. NOR型フラッシュメモリ　プログラムシーケンス例

3-6. セクタイレーズシーケンス

セクタイレーズシーケンス実行時のタイミングチャートを下図に示します。
基本的な流れは、プログラムシーケンス時と変わりません。イレーズ時も、フラッシュメモリ内部の消去処理が完了したことを確認するため、ステータス情報のチェックを行います。なお、イレーズシーケンスの最後に入力するセクタアドレスは消去対象セクタ内に含まれる任意のアドレスで構いません。NOR型フラッシュメモリのセクタ数やセクタ境界アドレスは、メモリサイズやメーカーによって異なりますので、必ずデータシート等で確認してください。

図3. NOR型フラッシュメモリ　セクタイレーズシーケンス例

3-7. NOR型フラッシュメモリをマイコンで制御する際の注意点

マイコンから外付けのNOR型フラッシュメモリに書き込みを行わず、データを読み出すだけであれば、基本的な注意点はSRAMを使用する際と全く同じになります。外部メモリ使用時に必要となるレジスタ設定（接続するエリアとデータバス幅の設定、プログラマブルウェイトの挿入設定）を最適化すればよいだけです。
フラッシュメモリのデータ書き換えをマイコンで行う場合は、前述のプログラムシーケンス、イレーズシーケンス等を実行するためのデバイスドライバが必要となります。また、ここでは一部のコマンドのみの説明となりましたが、この他にも、デバイスID取得、プログラム/イレーズの一時停止（サスペンド）、プログラム/イレーズの再開（レジューム）、メーカー独自の高速書き込み、などの多数のコマンドが存在します。開発するシステムに応じて、書き込み、消去以外のドライバ機能を実装する必要があります。