基于FPGA的NAND+Flash控制接口电路设计

ＣＮ４３—１２５８／ＴＰ

ＩＳＳＮ１００７—１３０Ｘ

计算机工程与科学

ＣＯＭＰＵＴＥＲＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＳＣＩＥＮＣＥ

２０１０年第３２卷第７期

Ｖ０１．３２，Ｎｏ．７，２０１０

文章编号：１００７—１３０Ｘ（２０１０）０７—００８０－０３

基于ＦＰＧＡ的ＮＡＮＤＦｌａｓｈ控制接口电路设计’

Ｄｅｓｉｇｎｏｆ

ａ

ＮＡＮＤＦｌａｓｈＣｏｎｔｒ０１ＩｎｔｅｒｆａｃｅＢａｓｅｄ

ｏｎ

ＦＰＧＡ

王顺，戴瑜兴。段小康

ＷＡＮＧ

Ｓｈｕｎ，ＤＡＩＹｕ－ｘｉｎｇ，ＤＵＡＮＸｉａｏ－ｋａｎｇ

（湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙４１００８２）

（Ｓｃｈｏｏｌ

ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄ

ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｍｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８２，Ｃｈｉｎａ）

摘要：本文在比较ＮＡＮＤＦｌａｓｈ的优、缺点，分析控制接口电路的功能特性的基础上。论述了主控器的设计实现方法，通过写控制字的方式将复杂的ＮＡＮＤＦｌａｓｈ接口映射为简单的ＳＲＡＭ接口。并根据Ｅ（℃算法原理，阐述了ＥＣＡ２校验码生成、查错与纠错的实现方法。本文设计的ＮＡＮＤＦｌａｓｈ控制接口电路的操作指令在Ｘｉｌｉｎｘ的Ｓｐａｒｔａｎ－３Ｂｏａｒｄ上得到了功能验证，工作频率达到１００ＭＨｚ。

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｄｅｔａｉｌｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄ

ｔａｇｅｓ

ｏｎ

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ｏｆｔｈｅＮＡＮＤＦｌａｓｈａｎｄａｎａｌｙｓｉｎｇｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｉｒｃｕｉｔ，ａｎｄｔｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｕｌｅｍａｐｓｔｈｅ

ｔＯ

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ｔＯ

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ｃａｎ

ｏｎ

ｔｈｅＸｉｌｌｉｎｘＳｐａｒｔａｎ－３ｂｏａｒｄ，

ｒｅａｃｈ１００ＭＨｚ．

关键词：ＮＡＮＤＦｌａｓｈ；控制接口；ＥＣＣ

Ｋｅｙ

ｗｏｌｄｓ：ＮＡＮＤｆｌａｓｈ；ｃｏｎｔｒｏｌｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ＥＣＣ

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—１３０Ｘ．２０１０．０７．０２２中图分类号：ＴＰ３３４

文献标识码：Ａ

本文实现的ＮＡＮＤＦｌａｓｈ控制器放置在ＣＰＵ和

１

引言

随着存储技术的不断进步，ＦｌａｓｈＭｅｍｏｒｙ的存储容量

ＮＡＮＦＦｌａｓｈ器件之间，实现了ＮＡＮＤＦｌａｓｈ的无粘接接

口，可以大大简化ＣＰＵ对ＮＡＮＤＦｌａｓｈ的操作时序，提高ＣＰＵ的使用效率。Ｅ（℃功能可以保证存储数据的准确性，Ｅ（℃模块和主控模块相对独立，在不需要ＥＣＣ功能的时候，只需不使能ＥＣＣ模块，方便灵活。

越来越大，读写数度越来越快。性能价格比越来越高。但是，ＮＡＮＤＦｌａｓｈ本身存在缺点，归纳起来有两点：读写控制时序复杂和位交换（ｏ、１反转）问题。ＮＡＮＤＦｌａｓｈ器件能够复用指令、地址和数据总线，从而节省了引脚数量，但引脚不仅承担着数据总线的功能，还承担着地址及指令总线的功能，所以造成接口控制时序复杂。位反转的问题更多见于ＮＡＮＤＦｌａｓｈ，ＮＡＮＤＦｌａｓｈ的供应商建议使用

２控制接口电路的功能特性

整个控制接１２１电路分为两大功能模块：第一个功能模块为主控制器模块，该模块简化ＮＡＮＤＦｌａｓｈ的接口时序，可以为ＮＡＮＤＦｌａｓｈ设计一个无粘接接口（ＧｌｕｅｌｅｓｓＩｎｔｅｒ一

Ｎ鲇、『ＤＦｌａｓｈ的同时使用Ⅱ）ｃ／ＥＣＣ校验算法。

收稿日期：２００９—０１—１３；修订日期：２００９—０３～０６

基金项目：浙江省重大科研资助项目（２００７Ｃ１１０７２）；湖南省自然科学基金资助项目（０５ＪＪ４０００１）

‘计。

作者简介：于顺（１９８４一），男．山东菏泽人，硕士生。研究方Ｉ＇１为ＦｐＧＡ逻辑设计与验证；戴瑜兴，教授，博士生导师，研究方向为数字化系统设计理论与应用、现代底层网络通信技术和数字化电源技术；段小康，硕士生，研究方向为ＦＰＧＡ逻辑设计和数字系统设通讯地址：５１８０５５广东省深圳市南山区西丽留仙大道中兴工业园研发楼ｌ号楼３楼；Ｔｅｌ：１３５６０７２８３２５，Ｅ－ｍａｉｌ；ｗａｎｇｓｈｕｎｌ９８４０１０３

＠１２６．ｃｏｒｎ

＾Ａｄｒｅｓｓ：３ｒｄＦｌｏｏｒ，１ｓｔＲｉ５ＬＤＢｕｉｌｄｉｎｇ，凹ＥＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＰａｒｋ。ＬｉｕｘｉａｎＡｖｅｎｕｅ，Ｘｉｌｉ。ＮａｎｓｈａｎＤｉｓｔｒｉｃｔ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ５１８０５５。Ｐ．ＲＣｈｉｎａ

８０

万方数据

ｆａｃｅ），从而使得对ＮＡＮＤＦｌａｓｈ操作的时序复杂程度大大降低，使得ＮＡＮＤＦｌａｓｈ接口映射为一个类似于ＳＲＡＭ的无粘结接口。第二个功能模块是ＥＣＣ模块，该模块对５１２个字节能纠正单比特错误和检测双比特错误，但对单比特以上的错误无法纠正。对两比特以Ｅ的错误不保证能柃测。

两个功能模块相对独立，ＥＣＣ功能模块位于主控制器模块与ＮＡＮＤＦｌａｓｈｊ芑：片之间，可以选择＿Ｉ：作与不工作，主控制器模块的所有命令都会通过Ｅ（℃模块传给ＮＡＮＤＦｌａｓｈ芯片。当令ＥＣＣ模块不工作时。Ｅ（℃模块就相当于连接主控制器模块与ＮＡＮＤＦｌａｓｈ芯片的导线；当ＥＣＣ模块【作时。只会在丰控制器模块的操作中加入一些步骤，并不会打乱主控制器模块的操作时序。

３主控制器

３．１寄存器和缓存配置

主控制器的外部接口类似于ＳＲＡＭ的，然而ＳＲＡＭ只有读和写两种主要操作。而ＮＡＮＤＦｌａｓｈ除ｒ页编程与读操作之外还有ＩＤ读取、重置、块擦除和状态读取等操作，在不改变接口的情况下只能采用与ＮＡＮＤＦｌａｓｈ类似的写控制字的方式。主控制器有１６字节寄存器组，可以从Ｉ／Ｏ总线上读取指令和地址。指令寄存器采用存储器映射

（ＭｅｍｏｒｙＭａｐｐｅｄＲｅｇｉｓｔｅｒ）的编址方式，也就是说，寄存器

的地址统一编入内存空间，从０ｘＦＦ０到ＯｘＦＦＡ。

３．２主控制器的实现

主控制器的结构框图见图１。下面分别讨论时钟控制模块和状态控制模块的设计实现。

＿——

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处甲

Ｃ理器接

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