基于TMS320C54x的便攜存儲設(shè)備設(shè)計

摘    要：本文介紹了一種以TMS320C54x為核心的移動存儲終端，終端中使用NAND Flash作為存儲器件。討論了TMS320C54x對NAND Flash的編程以及接口設(shè)計。
關(guān)鍵詞：DSP；NAND；Flash

引言
移動存儲終端包括手機、掌上電腦、PDA和數(shù)碼相機等手持設(shè)備及各種信息家電。在這類產(chǎn)品中既要結(jié)合存儲功能，又需要具備一定的信號處理能力，因此基于DSP芯片的設(shè)計方案成為這些產(chǎn)品的主流方案。同時，為了降低產(chǎn)品成本，采用具有較高容量/價格比的NAND Flash存儲芯片也成為移動存儲設(shè)備的首選。本文介紹在基于TMS320C54x的移動存儲設(shè)備中，NAND Flash的設(shè)計和應(yīng)用。

系統(tǒng)構(gòu)成
本系統(tǒng)以TMS320C5409作為核心芯片，完成控制和信號處理功能。使用兩塊內(nèi)存芯片：Intel公司的4MB Flash芯片28F004B3存放系統(tǒng)的啟動代碼，采用Samsung公司的NAND Flash芯片作為用戶數(shù)據(jù)的存儲芯片。
TMS320C5409
TMS320C5409是一款定點DSP芯片，其主要應(yīng)用是無線等通信系統(tǒng)。它的主要特點包括：(1)運算速度快。(2)具有優(yōu)化的CPU結(jié)構(gòu)。(3)具有低功耗方式。(4)具有較多的智能外設(shè)。除了標(biāo)準(zhǔn)的串行口和時分復(fù)用(TDM)串行口外，還提供了自動緩沖串行口BSP和與外部處理器通信的HPI(Host Port Interface)接口。BSP可提供2K字數(shù)據(jù)緩沖的讀寫能力，從而可以降低處理器的額外開銷，即使在IDLE方式下，BSP也可以全速工作。HPI可以與外部標(biāo)準(zhǔn)的微處理器直接接口。同時，還具有I/O口等控制信號。
NAND Flash
在移動存儲設(shè)備中，由于NAND的存儲容量大，因此得到了廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)采用Samsung公司的NAND Flash芯片K9F5608U0M-YCB0進行存儲。該芯片存儲容量為32MB，其中主數(shù)據(jù)區(qū)為32MB，輔助數(shù)據(jù)區(qū)為1MB，工作電壓為2.7~3.6V，I/O端口寬度為8位。
NAND Flash芯片的內(nèi)存按頁和塊的結(jié)構(gòu)組織，其中每個數(shù)據(jù)頁內(nèi)有528個字節(jié)，前512個字節(jié)為主數(shù)據(jù)存儲器，存放用戶數(shù)據(jù)，后16個字節(jié)為輔助數(shù)據(jù)存儲器，存放ECC代碼，壞塊信息和文件系統(tǒng)代碼。每個數(shù)據(jù)塊包含32個頁，一片K9F5608U0M包括2048個塊。
NAND Flash芯片內(nèi)有一個容量為528字節(jié)的靜態(tài)寄存器，稱為頁寄存器，用來在數(shù)據(jù)存取時作為緩沖區(qū)使用。編程數(shù)據(jù)和讀取的數(shù)據(jù)可以在寄存器和存儲陣列中按528個字節(jié)的順序遞增訪問。當(dāng)對芯片的某一頁進行讀寫時，其數(shù)據(jù)首先被轉(zhuǎn)移到該寄存器中，通過這個寄存器和其它芯片進行數(shù)據(jù)交換，片內(nèi)的讀寫操作由片內(nèi)的處理器自動完成。
NAND Flash的接口引腳分為三類：數(shù)據(jù)引腳、控制引腳和狀態(tài)引腳。其中數(shù)據(jù)接口高度復(fù)用，既用作地址總線，又用作數(shù)據(jù)總線和命令輸入接口。本系統(tǒng)采用的芯片有8個I/O數(shù)據(jù)引腳(I/O1~I/O8)，用來輸入/輸出地址、數(shù)據(jù)和命令?？刂芅AND Flash的控制引腳有5個，其中CLE和ALE分別為命令鎖存使能引腳和地址鎖存使能引腳，用來選擇I/O端口輸入的是命令還是地址。/CE、/RE和/WE分別為片選信號，讀使能信號和寫使能信號。狀態(tài)引腳R/B表示設(shè)備的狀態(tài)，當(dāng)數(shù)據(jù)寫入、編程和隨機讀取時，R/B處于高電平，表明芯片正忙，否則輸出低電平。

系統(tǒng)連接及配置
TMS320C5409具有16根數(shù)據(jù)總線和23根地址總線，可以對memory和I/O口進行擴展。由于NAND Flash的存儲速度較慢，因此使用I/O空間對其進行訪問。CLE和ALE 分別由地址線A1和A0控制，NAND Flash對應(yīng)的映射地址如表1所示。
DSP采用XF作為NAND Flash的片選信號。狀態(tài)輸出信號R/B與BIO相連，作為DSP對NAND Flash的狀態(tài)監(jiān)控。DSP與NAND Flash的連接關(guān)系如圖1所示。
由于NAND Flash中的程序無法直接運行，因此需要將程序代碼存儲在其它芯片中。系統(tǒng)采用Intel Flash芯片28F004B3作為boot區(qū)域使用，按照擴展memory對其進行訪問。連接關(guān)系也如圖1所示。
系統(tǒng)啟動時，C5409芯片的boot流程將Flash芯片28F004B3中的可執(zhí)行代碼搬移到片內(nèi)RAM中，然后在DSP片內(nèi)運行程序。上電后自動進入讀模式狀態(tài)，利用XF作為控制引腳對NAND Flash進行片選，可以根據(jù)系統(tǒng)的各種請求讀寫用戶數(shù)據(jù)。

讀寫控制的實現(xiàn)
NAND Flash主要用于大塊的數(shù)據(jù)存儲，因此數(shù)據(jù)讀寫都是基于頁的。在程序中，由于NAND Flash的寬度為8 bit，因此DSP進行讀寫時只利用C5409數(shù)據(jù)線的低8bit。對于NAND Flash而言，通常只處理其主數(shù)據(jù)區(qū)的512個字節(jié)，輔助數(shù)據(jù)區(qū)不使用。在以文件為基礎(chǔ)的存儲產(chǎn)品中我們需要對輔助數(shù)據(jù)區(qū)進行處理。同時由于NAND Flash允許芯片中存在壞塊，因此在讀寫時需要繞過。
本系統(tǒng)使用NAND Flash的基本操作有以下三種：讀一頁數(shù)據(jù)，寫一頁數(shù)據(jù)，塊擦除。在這幾種方式下，每次的地址配置，其頁內(nèi)地址A0~A7均為0，A9~A24選定所在的頁。
DSP讀數(shù)據(jù)時，首先置低XF，對NAND Flash進行片選，然后向I/O端口0x0001發(fā)送read命令，配置完read命令后，向I/O端口0x0002發(fā)送地址信號，對地址進行選定。此后從I/O端口0x0000連續(xù)進行512個字節(jié)的讀操作，完成對整個頁的讀取。最后拉高XF。
DSP寫入NAND Flash的操作也以頁為基本單位，首先置低XF片選NAND Flash，然后向I/O端口0x0001發(fā)送寫入命令，進行地址配置，再向I/O端口0x0000寫入一個字節(jié)。每寫入一個字節(jié)后都循環(huán)讀取狀態(tài)寄存器的值，判斷NAND芯片I/O的第6位，如果為低，則芯片正忙，如果為高，則寫完數(shù)據(jù)，這時可以繼續(xù)下一個字節(jié)的寫入操作。
DSP對NAND Flash的擦除以塊為基礎(chǔ)，即一次擦除32頁，地址由NAND Flash地址中的A14~A23確定。由于系統(tǒng)中利用R/B和DSP的/BIO相連，因此也可以利用對BIO進行檢測來判斷是否寫完或擦除完畢。塊擦除的流程如圖2所示。

結(jié)語
本系統(tǒng)中，利用DSP來進行控制和信號處理，利用與NAND Flash的簡單連接實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的存儲。在此基礎(chǔ)上，可以根據(jù)需要完成對各種信號的處理和存儲，從而構(gòu)成一個相對獨立、便攜的設(shè)備。低端設(shè)備中對數(shù)據(jù)的完備性要求較低，因此本系統(tǒng)中省略了對壞塊的處理和ECC處理，在擴展SM卡等設(shè)備中可以增加這些功能。■

參考文獻
1 Datasheet of K9F5608U0M-YCB0,http://www.samsung.com,2000
2 TMS32054x Volume 1: CPU and Peripherals (literature number SPRU131) Texas Instruments
3 Datasheet of TMS320vc5409 (SPRS082C)，Texas Instruments
4 張雄偉. DSP芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用(第三版). 北京：電子工業(yè)出版社，2003