【文章內(nèi)容簡介】 外，Nand Flash還包括5個比較重要的控制信號，對Nand Flash的操作最終都是通過這幾個控制信號來控制完成。Nand Flash的外部接口如圖21所示。圖21 Nand Flash 的接口示意圖由圖21可以看出，由于I／O復(fù)用的原因，Nand Flash的引腳很少，節(jié)省了引腳數(shù)量，并且這樣還有一個好處：Nand Flash的復(fù)用接口為所有最新的器件提供了一種相似的引腳輸出，無須改變控制器的硬件設(shè)計(jì)就可把更高密度的Nand器件移植進(jìn)來，使得Flash控制器具有良好的擴(kuò)展性。Nand Flash的外部接口說明如表21所示。表21 Nand Flash 的接口說明Nand Flash的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2．3所示，存儲器內(nèi)部由控制邏輯、I／O控制邏輯、寄存器(包括地址寄存器、狀態(tài)寄存器、指令寄存器)和存儲陣列組成。圖22 Nand Flash 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖在5個主要信號RE、WE、ALE、CLE、CE的控制下，控制邏輯將I／O口輸入的數(shù)據(jù)鎖存進(jìn)相應(yīng)的指令寄存器、地址寄存器或數(shù)據(jù)寄存器，或者通過I／O口把狀態(tài)寄存器、數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。在控制邏輯控制下，把數(shù)據(jù)寄存器(data register)中的數(shù)據(jù)寫入存儲陣列中(寫頁操作時)，或把存儲陣列中的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)寄存器中(讀頁操作時)，控制邏輯控制在數(shù)據(jù)寄存器和存儲陣列之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，信號R／B會被拉低，外部主控制器可以根據(jù)R／B的高低來判斷正在進(jìn)行的寫或讀操作是否已經(jīng)完成。 第三章 Nand Flash控制器的總體結(jié)構(gòu) Flash控制器的總體架構(gòu)一般說來，Nand Flash控制器具有如下結(jié)構(gòu)。圖31 Nand Flash控制器的總體架構(gòu)經(jīng)過簡化，可以發(fā)現(xiàn)，Nand Flash控制器可以分為如下三個部分：接口模塊、主控邏輯模塊、ECC模塊。圖 32 簡化后Nand Flash控制器的總體架構(gòu) Flash控制器的接口模塊設(shè)計(jì)接口模塊將來自總線上主設(shè)備發(fā)出的符合AMBA AHB總線協(xié)議的信息流轉(zhuǎn)換成控制器可以接受的格式并發(fā)給控制器，或者把來自控制器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成符合系統(tǒng)總線要求的格式并發(fā)送給主設(shè)備，我們著重討論控制器的接口模塊的設(shè)計(jì)思想。 AMBA AHB總線介紹由ARM公司開發(fā)的AMBA(Advanced Micro controller Bus Architecture)片上總線結(jié)構(gòu)，由于其本身的高性能以及該總線協(xié)議的完全開放性，已經(jīng)成為了SOC設(shè)計(jì)中使用相當(dāng)廣泛的總線標(biāo)準(zhǔn)。在AMBA規(guī)范中定義了四種總線：先進(jìn)系統(tǒng)總線ASB、先進(jìn)高性能總線AHB、先進(jìn)外圍設(shè)備總線APB、先進(jìn)可擴(kuò)展接口AXI。AMBA總線2．0規(guī)范于1999年出臺，該規(guī)范引入的先進(jìn)高性能總線(AHB)是目前AMBA實(shí)現(xiàn)的主要形式。該總線是為高性能、高時鐘頻率系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)的總線，它能夠?qū)μ幚砥?、片上存儲器、片外存儲器接口以及低功耗外圍設(shè)備宏單元模塊進(jìn)行有效的互連。該總線具有突發(fā)傳送、分離傳送、單周期總線主設(shè)備移交、單時鐘沿工作、以多選形式實(shí)現(xiàn)總線互連、寬達(dá)128位的數(shù)據(jù)總線配置等特性。一個典型的AMBA AHB系統(tǒng)中包含以下幾個組件：(1)AHB主設(shè)備(master)啟動讀、寫總線操作的芯核。在任何時候，只能有一個總線主設(shè)備在使用總線。(2)AHB從設(shè)備(slave)響應(yīng)(非啟動)讀或?qū)懣偩€操作的芯核。從設(shè)備信號向AHB主設(shè)備指明當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顟B(tài)(成功、失敗，或等待)。(3)AHB仲栽器(仲裁器)確定訪問總線的下一個總線主設(shè)備，以保證任何時刻只有一個主設(shè)備能啟動數(shù)據(jù)傳輸。每個AHB系統(tǒng)只能有一個仲裁器。(4)AHB譯碼器(decoder)譯碼每次傳輸?shù)牡刂?，提供傳輸中涉及的從設(shè)備的選擇信號。所有的AHB實(shí)現(xiàn)方案中需要一個集中的譯碼器。AMBA AHB系統(tǒng)總線可以支持多達(dá)16個總線主設(shè)備和任意多個從設(shè)備。典型的AHB系統(tǒng)中，常見的主設(shè)備有處理器、DSP、DMA控制器、測試接口等，從設(shè)備常見有外部存儲器接口、APB橋以及內(nèi)部存儲器等外圍設(shè)備。我們研究的Nand Flash控制器就是基于AMBAAHB總線協(xié)議設(shè)計(jì)出的，它作為一個標(biāo)準(zhǔn)的AHB slave設(shè)備掛在AHB總線上和系統(tǒng)中的其他的主設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 接口模塊設(shè)計(jì)思想簡介接口模塊由圖31可知，它又包括了AHB從設(shè)備接口模塊和外部DMA接口模塊，AHB從設(shè)備接口模塊使得控制器作為一個符合AMBA／AHB總線協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)的從設(shè)備模塊掛在系統(tǒng)總線上供其他的主設(shè)備進(jìn)行訪問，AHB從設(shè)備接口的功能包括數(shù)據(jù)的位寬轉(zhuǎn)換(把系統(tǒng)總線輸入的32位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為存儲器需要的8位數(shù)據(jù)或把從控制器讀出的數(shù)據(jù)拼接成32位的數(shù)據(jù)發(fā)往總線）、根據(jù)收到的AHB總線輸入的控制信號，將其轉(zhuǎn)換成控制器主控邏輯的輸入控制信號之后發(fā)給控制器主控邏輯、同時對總線輸入的各種控制信號做出適當(dāng)?shù)幕貞?yīng)等。外部DMA接口模塊主要負(fù)責(zé)在控制器和系統(tǒng)中其他的模塊進(jìn)行DMA傳輸時控制器和外部DMA控制器之間的握手信號和數(shù)據(jù)的傳輸處理。一般來說，接口定義如下：D7~D0 ：8位數(shù)據(jù)總線CLE ：命令鎖存使能ALE ：地址鎖存使能RDY/nBSY ：flash空閑、忙信號CE ：片選使能RE ：讀使能WE ：寫使能WP ：寫保護(hù)CLEALE描述10命令周期01地址周期，分4個字節(jié)傳送00數(shù)據(jù)周期11保留 Nand flash訪問分為三個階段：命令周期、地址周期、數(shù)據(jù)周期，三個階段串行進(jìn)行。首先，發(fā)送地址命令，CLE為高，將命令寫入flash內(nèi)部的命令寄存器；然后發(fā)送地址，ALE為高，將地址串行傳送到內(nèi)部地址寄存器；第三步，在數(shù)據(jù)總線上傳送數(shù)據(jù)，在傳送數(shù)據(jù)之前需要判斷flash空閑、忙信號。 控制器接口模塊的設(shè)計(jì)控制器對存儲器的所有操作控制都是以符合存儲器要求的8位的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行的，而總線上主設(shè)備則是以32位的數(shù)據(jù)格式訪問系統(tǒng)中的從設(shè)備的。控制器的接口模塊將系統(tǒng)中其他的主設(shè)備從AHB總線輸入的控制信號和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成控制器可以接受的格式并發(fā)給控制器，同時把從控制器中讀出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成符合主設(shè)備要求，即符合AHB總線協(xié)議所要求的格式后發(fā)給主設(shè)備，并對總線主設(shè)備所發(fā)出的各種控制信號做出適當(dāng)?shù)幕貞?yīng)。接口模塊為總線上的其他主設(shè)備提供了一種訪問控制器的方式。圖32 控制器與系統(tǒng)的連接示意圖在基于AMBA／AHB總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，控制器和系統(tǒng)的連接如圖5．1所示，LEON3為系統(tǒng)CPU，AHBCTRL為總線控制器，圖中虛線框所示的即為控制器的接口模塊。首先在AHBCTRL中為控制器分配ID和相應(yīng)的尋址空間，之后控制器中的各個參數(shù)寄存器在總線上的地址便隨之確定，使得系統(tǒng)中的CPU或其他主設(shè)備可以通過總線訪問本控制器，接口模塊一邊以標(biāo)準(zhǔn)的AHB從設(shè)備接口和總線連接，另一邊則和后面控制器的主要控制實(shí)體邏輯(包括主控邏輯和ECC兩大部分)連接，系統(tǒng)中的其他主設(shè)備比如CPU對存儲器進(jìn)行各種存取操作的步驟如下：(1)首先主設(shè)備選擇訪問本控制器，讀出控制器的狀態(tài)，以判斷控制器是否處于空閑狀態(tài)，只有控制器處于空閑狀態(tài)時才可對存儲器進(jìn)行進(jìn)一步的操作。(2)當(dāng)接口模塊返回給主設(shè)備的狀態(tài)表明控制器處于空閑狀態(tài)時，主設(shè)備便可以對存儲器進(jìn)行讀頁、寫頁、塊擦除等操作了。首先應(yīng)對控制器中的各相關(guān)寄存器進(jìn)行配置(主設(shè)備從總線輸入的數(shù)據(jù)為32位的，接口模塊對其進(jìn)行位寬轉(zhuǎn)換后在控制邏輯的控制下將其寫入相應(yīng)寄存器中)，包括各操作所需要的地址信息，器件規(guī)格選擇信息、器件的時序參數(shù)信息等，這些已經(jīng)在第三章中各個操作的具體控制實(shí)現(xiàn)中介紹。當(dāng)配置完這些寄存器后，把要進(jìn)行操作的相關(guān)命令寫入控制器的指令寄存器，便啟動控制器對存儲器進(jìn)行相應(yīng)的具體操作控制。