Flash 제어 및 동작 방식

MCU나 SoC에서 외부 NOR/NAND 플래시를 제어할 때 어떤 명령어 흐름으로 동작하는지에 집중해서 정리한다. 아래는 일반적인 SPI NOR Flash 기준이지만, NAND나 병렬 NOR에서도 기본 개념은 유사하다.

NOR Flash 제어

⸻

<커맨드 시퀀스 정리>

Flash Device는 레지스터 기반이 아닌, 명령어(command)를 SPI 또는 병렬 버스를 통해 전송해서 제어한다. 따라서 플래시를 제어하려면 특정 커맨드 시퀀스를 정확히 따라야 한다. 각 동작별 기본적인 명령 흐름은 다음과 같다.

⸻

1. 읽기(Read)

목적: 특정 주소에서 데이터를 읽는다.

시퀀스:

[READ CMD] + [ADDRESS] → [데이터 수신]

• 일반적인 커맨드: 0x03 (Standard Read), 0x0B (Fast Read)
• 입력: 3 or 4바이트 주소
• 출력: 원하는 바이트 수 만큼 연속해서 읽을 수 있음

예시:

0x03 A2 A1 A0 → (optional dummy byte) → D0 D1 D2 ...



⸻

2. 쓰기(Program)

목적: 특정 주소에 데이터를 기록한다.

시퀀스:

[WRITE ENABLE CMD] → [PAGE PROGRAM CMD] + [ADDRESS] + [DATA]

• WRITE ENABLE (WREN) 커맨드: 0x06
• PAGE PROGRAM 커맨드: 0x02
• 보통 한 페이지(256 bytes)까지 가능, 경계를 넘으면 잘림

예시:

0x06 → 0x02 A2 A1 A0 D0 D1 ... Dn

※ 쓰기 후에는 상태 레지스터(Status Register) 확인이 필요하다.

⸻

3. 지우기(Erase)

목적: 특정 블록 또는 전체를 0xFF로 초기화

시퀀스:

[WRITE ENABLE CMD] → [SECTOR ERASE CMD] + [ADDRESS]

• SECTOR ERASE: 0x20 (4KB), 0xD8 (64KB), 0xC7 or 0x60 (Chip Erase)
• 실제로는 수 ms 소요되며, 진행 중에는 Busy 상태

예시:

0x06 → 0x20 A2 A1 A0



⸻

4. 상태 확인(Status Check)

목적: 쓰기/지우기 완료 여부 확인

시퀀스:

[READ STATUS REGISTER CMD] → [STATUS BYTE]

• 커맨드: 0x05
• 출력: 상태 바이트(보통 bit 0 = WIP, Write-In-Progress)

반복 확인 예시:

do {
    send 0x05 → read status
} while (status & 0x01);



⸻

5. 쓰기 보호/잠금 제어

• 0x04: Write Disable
• 0x50: Volatile SR Write Enable
• 0x01: Write Status Register

이런 커맨드들을 통해 Status Register의 Block Protection bit 등을 제어한다.

⸻

6. 제조사 고유 커맨드

일부 플래시는 다음과 같은 고유 커맨드를 제공한다:
• JEDEC ID 읽기: 0x9F → 플래시 제조사, 종류, 용량 확인
• UID 읽기: 0x4B, 0x5A 등 (제조사별 다름)
• Quad Enable 설정: 특정 플래시는 Status Register의 특정 bit를 설정해야 QSPI 사용 가능

⸻

전체 플로우 요약

데이터 쓰기 전체 흐름 예:

0x06            // Write Enable
0x20 A2 A1 A0   // Erase 4KB
< 처리 기다림 >
0x06            // Write Enable again
0x02 A2 A1 A0 D0...Dn  // Page Program
< 처리 기다림 >



⸻

<NAND Flash는 ECC, Bad Block 관리 필요>

• 커맨드는 유사하지만, 페이지/블록 단위 크기가 더 크고 복잡하다
• ECC가 필수이고, Bad Block Table(BBT) 관리 필요
• 명령 예: 0x00 + ADDR → 0x30 (읽기), 0x80 + ADDR + DATA → 0x10 (쓰기)

⸻

마무리

커맨드 기반으로 동작하는 플래시 메모리는 단순한 버스 접근보다 더 복잡한 순서를 필요로 한다. 특히 Write Enable → 명령 실행 → 상태 확인 이라는 3단계 구조는 거의 모든 플래시 동작에 공통적이다.

FlexSPI, QSPI 등 컨트롤러가 있는 경우 이 커맨드 시퀀스를 LUT(Look-Up Table)에 설정해서 자동화할 수 있으며, 직접 SPI를 제어하는 경우 이 순서를 코드로 명확히 구현해야 한다.