基于FPGA的NAND FLASH控制器
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在便攜式電子產(chǎn)品如U盤、MP3播放器、數(shù)碼相機中，常常需要大容量、高密度的存儲器，而在各種存儲器中，NAND FLASH以價格低、密度高、效率高等優(yōu)勢成為最理想的器件。但NAND FLASH的控制邏輯比較復(fù)雜，對時序要求也十分嚴(yán)格，而且最重要的是NAND FLASH中允許存在一定的壞塊(壞塊在使用過程中還可能增加)，這就給判斷壞塊、給壞塊做標(biāo)記和擦除等操作帶來很大的難度，于是就要求有一個控制器，使系統(tǒng)用戶能夠方便地使用NAND FLASH,為此提出了一種基于FPGA的NAND FLASH控制器的設(shè)計方法，并用VHDL給予實現(xiàn)，Modelsim得出仿真結(jié)果，并在ALTERA公司的EP2C35F672器件中得到驗證。FPGA與NAND FLASH接口圖如圖1所示。
2 NAND FLASH操作
NAND FLASH器件的管腳分為控制信號、I/O二類，地址和數(shù)據(jù)是復(fù)用I/O管腳。通常NAND FLASH器件包括一定數(shù)目BLOCK，每個BLOCK包括一定數(shù)目的PAGE，每個NAND FLASH器件把BLOCK，PAGE按照行列地址進(jìn)行尋址，基于這種特殊的結(jié)構(gòu)。
2．1 READ ID
NAND FLASH器件ID包括：Manufacture ID，device ID以及容量大小，這些重要的信息是判斷NAND FLASH的重要憑證，因此將這些信息讀出來加以判斷就顯得特別重要。在CLE為高，WE#上升沿，在I/O輸入90H命令讓NAND FLASH進(jìn)入讀ID狀態(tài)，接著在ALE為高，WE#上升沿，在I/O輸入00H地址，在等待tWHR將RE#置為讀，在RE#連續(xù)4個上升沿將ID讀出。仿真圖如圖2所示。
2．2 判斷壞塊
NAND FLASH作為一種特殊的儲存器件，內(nèi)部集成電路使得BLOCK與BLOCK是相互獨立的，因此一定數(shù)目壞塊的存在不會影響其他BLOCK。但壞塊總數(shù)是有一定的限制的，超過一定的數(shù)目后器件將認(rèn)為不能再使用。在出廠前廠家會在器件的每個BLOCK的第一頁和第二頁的列地址為2048標(biāo)注上壞的信息，F(xiàn)Fh代表此BLOCK是好，非FFh代表此BLOCK是壞。但是這些重要信息在執(zhí)行Erase和Programming命令的時候會被擦除掉，因此，我們在做這些操作之前應(yīng)該將壞塊識別出來如圖3所示，并加以標(biāo)注或者用好的塊來代替,以方便以后的訪問。隨著使用時間的推移，壞塊的數(shù)目還會增加，因此我們必須隨時更新壞塊鏈表。壞塊識別時序仿真圖如圖4所示。
3擦除操作
一般芯片進(jìn)行PROGRAM／ERASE的次數(shù)是100 000 cycles，第一個BLOCK次數(shù)更多，一般可用于存放boot code或者重要的信息。由于擦除操作是以BLOCK為基準(zhǔn)，也就是每執(zhí)行一次擦除操作將會擦除指定的BLOCK，所以在執(zhí)行擦除時必須注意共享區(qū)域里的重要信息如壞塊標(biāo)識、ECC校驗等。以免被擦除掉，擦除掉了及時恢復(fù)，擦除操作仿真如圖5所示。
4編程操作及其他操作
編程操作和擦除操作相似，只不過編程操作是以頁為單位，在執(zhí)行編程操作時同樣也要注意共享區(qū)域里的重要信息以免被覆蓋掉，重要信息被覆蓋后要及時恢復(fù)。其他操作如復(fù)位還有有些芯片廠家各自新的操作等，但總體來說主流芯片都支持以上幾種操作。
5 結(jié) 語
在實際應(yīng)用中，使用ALTERA公司的Cyclone2 FP-GA器件進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計輸入采用VHDL來完成，實現(xiàn)了上述的NAND FLASH控制器接口電路。此外，由于采用了通用性設(shè)計思想，可以對不同廠家不同的芯片進(jìn)行控制和操作，具有一定的通用性
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