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          EEPW首頁(yè) > 工控自動(dòng)化 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 基于FPGA的NAND FLASH壞塊表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

          基于FPGA的NAND FLASH壞塊表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

          作者:曾鋒,徐忠錦(北京青云航空儀表有限公司,北京 101399) 時(shí)間:2022-12-21 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏
          編者按:在現(xiàn)代電子設(shè)備中,越來(lái)越多的產(chǎn)品使用NAND FLASH芯片來(lái)進(jìn)行大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ),而且使用FPGA作為核心處理芯片與NAND FLASH直接交聯(lián)。根據(jù)NAND FLASH的特點(diǎn),需要識(shí)別NAND FLASH芯片的壞塊并進(jìn)行管理。FPGA對(duì)壞塊的管理不能按照軟件的壞塊管理方式進(jìn)行。本文提出了一種基于FPGA的NAND FLASH芯片壞塊表的設(shè)計(jì)方法,利用FPGA中RAM模塊,設(shè)計(jì)了狀態(tài)機(jī)電路,靈活地實(shí)現(xiàn)壞塊表的建立、儲(chǔ)存和管理,并且對(duì)該設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。


          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202212/441876.htm

          0 引言

          隨著技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越多的電子設(shè)備的數(shù)據(jù)采用 芯片存儲(chǔ)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。在傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)中,常用ARM、DSP 等處理器來(lái)用于NANDFLASH 的接口。但是隨著實(shí)時(shí)性要求的提高,越來(lái)越多的設(shè)備中采用了 來(lái)對(duì) 進(jìn)行管理,釋放處理器任務(wù)資源。

          由于 的特點(diǎn),NAND FLASH 不可避免地會(huì)有產(chǎn)生,使用NAND FLASH 時(shí),需要對(duì)進(jìn)行管理,建立壞壞表(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“BBT”)。一般處理管理BBT 的方法,是采用建立數(shù)組的方式,將檢測(cè)到的壞塊編號(hào)記錄在數(shù)組中,在操作NAND FLASH 時(shí),對(duì)將要操作的塊的編號(hào)與BBT 的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,如果是壞塊,則跳過(guò)該塊,不使用。但是這是建立數(shù)組的方法并不適用于 的設(shè)計(jì)操作,本文根據(jù) 的特點(diǎn),利用FPGA 的Block RAM 資源,提出了一種、存儲(chǔ)的方法。

          1 電路說(shuō)明

          1.1 NAND Flash芯片說(shuō)明

          NAND Flash芯片使用型號(hào)是三星公司的K9K8G08U0A,單片容量為1 G×8 Bit。該芯片總共有8 192 塊,每塊中含有64 頁(yè),每頁(yè)共2 112 個(gè)字節(jié)(前2 048 個(gè)為主存儲(chǔ)空間,后64 個(gè)為擴(kuò)展存儲(chǔ)空間)。芯片的讀寫(xiě)操作均以頁(yè)為單位進(jìn)行。芯片容量結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

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          圖1 NAND Flash內(nèi)部存儲(chǔ)空間結(jié)構(gòu)圖

          其中,NAND Flash 芯片分為列地址(Column Address)和行地址(Row Address),列地址用于每頁(yè)中的字節(jié)尋址,行地址用于芯片的塊、頁(yè)的尋址,其中行地址的A18~A30 為芯片的塊地址。

          1.2 FPGA電路說(shuō)明

          FPGA 使用型號(hào)為Xilinx(現(xiàn)AMD)公司Virtex II系列的XC2V1000,芯片內(nèi)部有5 120 個(gè)Slice、40 個(gè)乘法器、720 kbit 的RAM 模塊資源,8 個(gè)DCM 時(shí)鐘管理模塊。其主要參數(shù)如圖2 所示。

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          圖2 FPGA芯片說(shuō)明

          2 壞塊表設(shè)計(jì)

          2.1 壞塊表檢測(cè)機(jī)理

          根據(jù)NAND FLASH 芯片的檢測(cè)原理,芯片出廠后的需要檢測(cè)芯片每個(gè)部分的頁(yè)1和頁(yè)2中列地址為2 048的存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)值。若值為0xFF,則該部分為好塊;若值不為0xFF,則該部分為壞塊。NANDFLASH 流程如圖3所示。

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          2.2 壞塊表的設(shè)計(jì)思路

          根據(jù)FPGA 的應(yīng)用特點(diǎn),本次NAND Flash 的壞塊表采用對(duì)所有塊建立壞塊信息的方式,建立一個(gè)完整的塊狀態(tài)信息表,即每一個(gè)塊用1 個(gè)Bit 表征其是否是好塊還是壞塊,定義為:0 代表該塊是良好的,1 代表該塊是故障的。本設(shè)計(jì)中,NAND Flash 有8 192 個(gè)塊,用8 192 個(gè)Bit 代表每個(gè)塊的狀態(tài)信息,正好用一個(gè)1 024×8 bit 的RAM 對(duì)所有的壞塊表數(shù)據(jù)位進(jìn)行存儲(chǔ),壞塊表存儲(chǔ)示意圖見(jiàn)圖4。

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          2.3 壞塊表的存儲(chǔ)

          在本設(shè)計(jì)中,NAND FLASH的壞塊表儲(chǔ)存在NAND FLASH的第1 塊的第1 頁(yè)處。第1 塊只用于壞塊表的存儲(chǔ),不再用于存儲(chǔ)其他數(shù)據(jù),壞塊表在第1 塊中的位置見(jiàn)圖5。

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          2.4 壞塊表的建立流程

          NAND FLASH 在使用時(shí),初次上電后,寫(xiě)入數(shù)據(jù)之前需要對(duì)芯片的塊的好壞進(jìn)行掃描,從而得到壞塊表。在本型號(hào)中,NAND FLASH 的出廠壞塊信息需要查詢每個(gè)塊的第1 個(gè)頁(yè)和第2 個(gè)頁(yè)中的列地址為2 048 的空間上數(shù)據(jù)是否都為“0xFF”,數(shù)據(jù)為“0xFF”,則當(dāng)前塊為好塊,否則當(dāng)前塊為壞塊。

          壞塊表的建立的狀態(tài)機(jī)流程如圖6 所示:上電后,狀態(tài)機(jī)從狀態(tài)1 跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)2,讀取第一塊中的數(shù)據(jù),判斷是否為數(shù)據(jù)頭0xAA、0x55、0xAA、0x55、0xAA、0x55、0xAA、0x55。如果數(shù)據(jù)頭相符,則狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至11,直接讀取壞塊表到RAM,建立起壞塊表信息。如果讀到的數(shù)據(jù)頭與上述的數(shù)據(jù)頭不相符,則意味NAND FLASH 未存在壞塊表,需要建立壞塊表。狀態(tài)機(jī)狀態(tài)依次跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)4、狀態(tài)5、狀態(tài)6,即狀態(tài)機(jī)對(duì)當(dāng)前塊的中的第1 頁(yè)和第2 頁(yè)的中列地址為2 048 的空間進(jìn)行訪問(wèn),根據(jù)讀值判別當(dāng)前塊是否為壞塊,如果是壞塊將對(duì)應(yīng)的寄存器位置1。當(dāng)掃描完8 個(gè)塊,狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)7,則將8 個(gè)塊的壞塊信息寫(xiě)入RAM;當(dāng)未掃描滿8 個(gè)塊,狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)8,塊地址加1,對(duì)下一個(gè)塊進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)所有的8 092 個(gè)塊都被檢測(cè)后,則狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)10,將數(shù)據(jù)頭以及RAM 數(shù)據(jù)全部寫(xiě)入NAND FLASH 的第0 塊,至此,初始?jí)膲K表建立完成。

          壞塊表建立完成后,壞塊信息存在RAM 中,在正常存取操作時(shí),就可以直接讀取RAM 模塊,獲取壞塊信息。

          當(dāng)電路下電,再次上電后,狀態(tài)機(jī)就可以從塊0 中讀取到數(shù)據(jù)頭,跳過(guò)初次壞塊表的建立過(guò)程,狀態(tài)機(jī)從第1 塊中繼續(xù)讀取到壞塊表,加載到RAM 中,完成后交其他模塊進(jìn)行后續(xù)的操作。

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          3 驗(yàn)證情況

          為驗(yàn)證是否正確的建立和存儲(chǔ)壞塊表,需要將壞塊表的處理模塊嵌入FPGA 的中整個(gè)NAND FLASH 的接口控制器中,驗(yàn)證的電路如圖7 所示。壞塊表處理模塊與1 個(gè)1 024×8 Bit 的RAM 連接,該RAM 用于存儲(chǔ)壞塊表。NAND FLASH 接口模塊根據(jù)NAND FALSH芯片的讀寫(xiě)接口時(shí)序設(shè)計(jì),包含基本的Read 模塊,Write 模塊和擦除模塊。NAND FLASH 接口模塊受壞塊表處理模塊的控制。正常工作模塊在壞塊表處理模塊工作完成之后開(kāi)始工作,通過(guò)UART 接收上位機(jī)的命令,控制NAND FLASH 接口模塊與NAND FLASH 交聯(lián);同時(shí),正常工作模塊也通過(guò)UART 上報(bào)數(shù)據(jù)和信息給上位機(jī)。

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          驗(yàn)證時(shí),通過(guò)上位機(jī)發(fā)送讀取命令,正常工作模塊控制NAND FLASH 接口模塊將NAND FLASH 塊0 中的內(nèi)容讀取出來(lái),從而判斷是否正確地建立了壞塊表,見(jiàn)圖8。

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          圖8 壞塊表

          通過(guò)讀取內(nèi)容發(fā)現(xiàn),新板卡中的NAND FLASH 成功地建立了壞塊表,本測(cè)試電路中NAND FLASH 芯片有1 個(gè)壞塊,為第1 761 塊。

          4 結(jié)束語(yǔ)

          通過(guò)驗(yàn)證證明,本文設(shè)計(jì)的基于FPGA 的壞塊表設(shè)計(jì)方式能夠正確地實(shí)現(xiàn)壞塊表建立和存儲(chǔ),壞塊表能夠方便地被FPGA 使用,壞塊表能完整地表征整個(gè)NANDFLASH 芯片的塊的狀態(tài),RAM 結(jié)構(gòu)能很靈活方便地在FPGA 中進(jìn)行調(diào)用,滿足對(duì)FPGA 對(duì)NAND FLASH 芯片的控制需要。

          參考文獻(xiàn):

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          [4] 周浩,王浩全.基于FPGA和NAND FLASH的便攜式信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].測(cè)控技術(shù)與儀器儀表,2018,44(9):82-86.

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          (本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年12月期)



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