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          基于FPGA的SPI Flash控制器的設(shè)計(jì)方案

          作者: 時(shí)間:2013-09-28 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          本文提出一個(gè)基于 讀寫(xiě)硬件實(shí)現(xiàn)方案,該方案利用硬件對(duì) 進(jìn)行控制,能夠非常方便地完成的讀寫(xiě)、擦除、刷新及預(yù)充電等操作,同時(shí)編寫(xiě)的 FlashIP核能夠進(jìn)行移植和復(fù)用,作為SOC芯片的功能模塊。SPI Flash采用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě),在Modelsim 6.5g上通過(guò)功能仿真,并且在XUPV5-LX110T開(kāi)發(fā)板上通過(guò)硬件測(cè)試,實(shí)現(xiàn)結(jié)果表明方案的可行性。

            1.引言

            Flash是一種具有電可擦除的可編程ROM,按接口可以分為兩大類:并行Flash和串行 Flash.并行Flash存儲(chǔ)量大,速度快;而串行Flash存儲(chǔ)量相對(duì)較小,但體積小,連線簡(jiǎn)單,可減小電路面積,節(jié)約成本。SPI Flash是內(nèi)嵌SPI總線接口的串行Flash,它比起傳統(tǒng)的并行總線接口Flash,節(jié)省了很多的I/O口資源,從而為系統(tǒng)功能的擴(kuò)展提供了更多的可能。

            隨著SPI Flash越來(lái)越多地應(yīng)用到各種領(lǐng)域,其傳統(tǒng)讀寫(xiě)方式中讀寫(xiě)速度不夠快、占用CPU資源以及操作不夠簡(jiǎn)便靈活的缺點(diǎn)表現(xiàn)得更為突出,如何解決以上問(wèn)題成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。利用硬件對(duì)SPI Flash進(jìn)行控制,能夠非常方便地完成Flash的讀寫(xiě)、擦除、刷新及預(yù)充電等操作,且不占用CPU資源,同時(shí)編寫(xiě)的SPI FlashIP核能夠進(jìn)行移植和復(fù)用,作為SOC芯片的功能模塊。因此提出了一種基于的SPI Flash控制器的設(shè)計(jì)方案,并用VHDL實(shí)現(xiàn)。編寫(xiě)的SPI Flash控制器IP核在Modelsim 6.5g上進(jìn)行了功能仿真,在FPGA開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證,可作為功能模塊應(yīng)用于SOC芯片設(shè)計(jì)。

            2.SPI Flash控制器設(shè)計(jì)

            2.1 SPI Flash芯片選擇

            本方案SPI Flash芯片采用GigaDevice公司的GD25Q系列,GD25Q系列SPI Flash包括4Mbit的GD25Q40,2M bit的GD25Q20,1M bit的GD25Q10以及521K bit的GD25Q512,這里將采用512K bit的GD25Q512.圖1為GD25Q系列SPIFlash(SOP8封裝)引腳排列圖。其中VCC和VSS分別為電源和地,其他6個(gè)引腳均可直接與F P G A的I / O引腳相連;寫(xiě)保護(hù)引腳W P #和HOLD#掛起引腳用于數(shù)據(jù)保護(hù)和空閑模式的低功耗運(yùn)行,若不使用可將其置為高電平;CS#為片選信號(hào),低電平時(shí)表示器件被選中,反之工作在待機(jī)狀態(tài);SO為串行數(shù)據(jù)輸出,數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的下降沿輸出到Flash器件;SI為串行數(shù)據(jù)輸入,包括傳輸指令、地址和輸入數(shù)據(jù),輸入信號(hào)在時(shí)鐘的上升沿鎖存到 Flash器件中。SCLK為串行時(shí)鐘,由FPGA提供。

          基于FPGA的SPI Flash控制器的設(shè)計(jì)方案

            2.2 SPI Flash指令操作

            GDQ25系列SPI Flash指令較多,所有指令都是8位,操作時(shí)先將片選信號(hào)CS#拉低選中器件,然后輸入8位操作指令字節(jié),串行數(shù)據(jù)在片選信號(hào)CS#拉低后的第一個(gè)時(shí)鐘的上升沿被采樣,SPI Flash啟動(dòng)內(nèi)部控制邏輯,自動(dòng)完成相應(yīng)操作。有些操作在輸入指令后需要輸入地址字節(jié)和偽字節(jié),最后操作完成后再將片選信號(hào)拉高。

            2.3 SPI Flash控制器設(shè)計(jì)原理

            SPI Flash控制器必須能夠產(chǎn)生SPI Flash芯片執(zhí)行各操作(如寫(xiě)使能、刷新、預(yù)充電、讀芯片ID、讀取狀態(tài)寄存器、寫(xiě)狀態(tài)寄存器、扇區(qū)擦除、塊擦除、整體擦除、讀取數(shù)據(jù)、快速讀取數(shù)據(jù)、頁(yè)面編程)時(shí)所需指令時(shí)序,用戶只需要輸入對(duì)應(yīng)操作的8位指令值及對(duì)應(yīng)的操作地址值,SPI接口與SPI Flash的數(shù)據(jù)傳輸將由SPI Flash控制器內(nèi)部狀態(tài)機(jī)控制執(zhí)行。

            3.SPI Flash控制器實(shí)現(xiàn)

            3.1 SPI Flash測(cè)試系統(tǒng)

            本文設(shè)計(jì)的SPI Flash測(cè)試系統(tǒng)由用戶端、FPGA和SPI Flash構(gòu)成,系統(tǒng)框圖如圖2所示,其中FPGA選用Xilinx公司Virtex5系列芯片(Virtex-5 XC5VLX110T),SPI Flash芯片采用GigaDevice公司的GD25Q系列512K

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