基于FPGA的外部存儲器設(shè)計(jì)
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2．2 FLASH讀／寫控制設(shè)計(jì)
讀／寫控制的主要功能是將數(shù)據(jù)寫入FLASH；在模塊正常工作時(shí)，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。而FPGA這種大規(guī)模的可編程器件十分適合邏輯電路的設(shè)計(jì)，能方便地控制和產(chǎn)生FLASH編程操作中的各種控制命令，實(shí)現(xiàn)編程器的功能。該模塊中，選擇的FLASH芯片的讀取時(shí)鐘周期為70ns。
在對FLASH進(jìn)行編程操作前，必須保證存儲單元為空。如果不為空，就必須先對FLASH芯片進(jìn)行擦除操作。由于FLASH采用了模塊分區(qū)的陣列結(jié)構(gòu)，支持扇區(qū)、塊和整個(gè)芯片一齊被擦除，扇區(qū)和塊擦除的時(shí)間周期為18 ms，整個(gè)芯片擦除時(shí)間為40 ms。而實(shí)現(xiàn)擦除操作只需在地址和數(shù)據(jù)端寫入不同的操作命令即可實(shí)現(xiàn)不同的擦除操作。
FLASH的編程操作分三步驟：第一步是連續(xù)載入3 B命令的軟件數(shù)據(jù)保護(hù)操作；第二步是寫入字地址和字?jǐn)?shù)據(jù)，在編程操作過程中，地址是在
的下降沿時(shí)有效，而數(shù)據(jù)則是在的上升沿時(shí)有效；第三步是芯片內(nèi)部的編程操作，該操作在的第四個(gè)上升沿有效，隨后該內(nèi)部編程操作在10 μs內(nèi)即可完成。FLASH編程是基于字為基礎(chǔ)的，編程時(shí)要特別注意編程時(shí)間參數(shù)和使用的命令集，編程和擦除時(shí)的時(shí)鐘參數(shù)見FLASH手冊。下面敘述FLASH的擦除操作，擦除分為扇區(qū)擦除、塊擦除和整個(gè)芯片擦除，擦除的時(shí)序基本一致，過程如下：第一個(gè)時(shí)鐘周期在地址5555H寫入XXAAH數(shù)據(jù)，接著第二個(gè)時(shí)鐘周期在地址2AAAH寫入XX55H數(shù)據(jù)，第三個(gè)時(shí)鐘周期在地址5555H寫入XX8OH數(shù)據(jù)，第四個(gè)時(shí)鐘周期在地址5555H寫入XXAAH數(shù)據(jù)，接著第五個(gè)時(shí)鐘周期在地址2AAAH寫入XX55H數(shù)據(jù)，第六個(gè)時(shí)鐘周期在地址5555H寫入XX10H數(shù)據(jù)，然后芯片內(nèi)部完成擦除工作。FLASH擦除完成后，內(nèi)部所有的數(shù)據(jù)位全部置1。扇區(qū)擦除、塊擦除和芯片擦除的區(qū)別只是在第六個(gè)時(shí)鐘周期傳送的數(shù)據(jù)不同。擦除的時(shí)序圖如圖5所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/191065.htm
在寫數(shù)據(jù)時(shí)僅能使對應(yīng)單元的數(shù)據(jù)位由“1”變?yōu)?ldquo;0”，而從“0”變?yōu)?ldquo;1”只有擦除命令才能完成。擦除操作可以按扇區(qū)擦除也可以對整個(gè)芯片擦除。因此在設(shè)計(jì)時(shí)可將程序代碼和常量表等固定數(shù)據(jù)和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)更新數(shù)據(jù)分開存放。每次向更新數(shù)據(jù)區(qū)寫數(shù)據(jù)前對該區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行擦除操作即可。
在擦除和寫操作之后，就可以讀數(shù)據(jù)了，讀數(shù)據(jù)的操作非常簡單，由0E#，CE#控制，當(dāng)這兩個(gè)信號為低電平時(shí)，在地址線上輸入地址，數(shù)據(jù)線上就可以讀出數(shù)據(jù)了。
當(dāng)按照規(guī)定的命令序列向FLASH存儲器發(fā)出命令時(shí)，其內(nèi)嵌的算法狀態(tài)機(jī)會(huì)自動(dòng)地完成相應(yīng)的操作。但用戶還應(yīng)了解其內(nèi)部的操作檢測機(jī)制，以便知道操作是否完成，以及操作是否正確。該芯片的狀態(tài)檢測位有：數(shù)據(jù)查詢位DQ7，TOGOLE位DQ6和DQ2。通過查詢它們對應(yīng)的狀態(tài)，即可知道芯片的工作狀態(tài)。
在編程實(shí)現(xiàn)時(shí)，用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)FLASH的接口控制，要確保數(shù)據(jù)線和地址線的建立和保持時(shí)間滿足需求，嚴(yán)格確保實(shí)際提供的時(shí)序和硬件要求一致。圖6為在ModelSIM仿真下的FLASH的擦除時(shí)序圖。
整個(gè)程序的編程實(shí)現(xiàn)是用有限狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。以擦除為例，介紹有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)方法。狀態(tài)控制借助系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行，通過多個(gè)狀態(tài)來完成ERASE操作。狀態(tài)0初始化各輸出信號，狀態(tài)1～5完成第一個(gè)命令輸入，狀態(tài)7～10完成第二個(gè)命令的輸入，狀態(tài)12～15完成第三個(gè)命令的輸入，狀態(tài)17～20完成第四個(gè)命令的輸入，狀態(tài)22～25完成第五個(gè)控制命令輸入，狀態(tài)27～30完成第六個(gè)控制命令，接下來狀態(tài)是保持控制信號用來完成ERASE。在編程過程中，要完成進(jìn)程控制：進(jìn)程控制就是根據(jù)現(xiàn)態(tài)決定次態(tài)的控制并完成其他的信號賦值。在本設(shè)計(jì)中，狀態(tài)機(jī)根據(jù)不同的狀態(tài)對CE、OE#、WE#、地址、數(shù)據(jù)等FLASH控制信號進(jìn)行賦值，從而完成對Flash的控制。
但是每執(zhí)行1次寫操作，只能寫入1個(gè)地址單元里的字?jǐn)?shù)據(jù)，如果按照這個(gè)方法，完成整個(gè)FLASH芯片2 MWord的數(shù)據(jù)寫入就需要重復(fù)執(zhí)行寫操作2兆次，這樣既麻煩又浪費(fèi)時(shí)間。在實(shí)際操作中，通常通過計(jì)算機(jī)上的圖形界面來完成FLASH的燒寫工作，通過圖形界面使單片機(jī)把計(jì)算機(jī)存儲的數(shù)據(jù)暫存在SDRAM，然后通過一個(gè)判斷語句檢測SDRAM是否存滿，沒有存滿則繼續(xù)存儲，如果存滿則通過FPGA控制把SDRAM上的數(shù)據(jù)存儲在FLASH上，這樣通過一次操作即可存滿。
3 結(jié)語
本文介紹了FPGA外部存儲器的設(shè)計(jì)方法，可以有效地解決雷達(dá)實(shí)時(shí)信號處理過程中海量數(shù)據(jù)的存儲問題，同時(shí)也可以充分利用FPGA去控制SDRAM和FLASH，不僅保證了資源的充分利用，也可以有效地滿足信號處理過程中的高速實(shí)時(shí)的要求。另外，可以根據(jù)FPGA型號的不同，適當(dāng)?shù)馗?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/外部存儲器">外部存儲器，以滿足不同的應(yīng)用場合。
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