CN107168899A - 一种基于FPGA的NandFlash控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于FPGA的NandFlash控制器,包括NandFlash芯片,还包括:配置寄存器组,以及:对配置寄存器组进行配置的控制接口;进行时序操作的异步模式状态机或同步模块状态机;对异步模式状态机、同步模式状态机进行切换的接口切换模块;对数据进行写入或读取的数据接口;对数据进行暂存的RAM芯片;将数据由RAM存储格式转换为FIFO模块的RAM与FIFO转换模块。本发明设计精巧,技术先进,使用方便简单,具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及NandFlash控制器,具体涉及一种基于FPGA的NandFlash控制器。
背景技术
近年来随着云计算的高速发展,存储设备作为云计算中不可缺少的部分,需求量越来越大。NandFlash因其单位价格存储密度大,由其构成的SSD已成为云计算存储设备中,最为常用的高速大容量存储单元。利用FPGA设计实现NandFlash控制器,具有很好的可移植性,大大提高系统的灵活性,可方便快速的搭建NandFlash存储系统。
发明内容
本发明针对NandFlash控制,利用FPGA实现NandFlash控制器,该控制器可方便的在FPGA器件中进行移植,大大提高系统的灵活性,可方便快速的搭建NandFlash的存储系统。
本发明的技术方案是:一种基于FPGA的NandFlash控制器,包括NandFlash芯片,还包括:配置寄存器组,以及
对配置寄存器组进行配置的控制接口;
进行时序操作的异步模式状态机或同步模块状态机;
对异步模式状态机、同步模式状态机进行切换的接口切换模块;
对数据进行写入或读取的数据接口;
对数据进行暂存的RAM芯片;
将数据由RAM存储格式转换为FIFO模块的RAM与FIFO转换模块;
所述控制接口的输出端与配置寄存器组的输入端连接,配置寄存器组的输出端分别与异步模式状态机、同步模式状态机的输入端连接,异步模式状态机、同步模式状态机的输出端分别与接口切换模块的输入端连接,接口切换模块的输出端与NandFlash芯片连接;
所述数据接口的输出端与RAM芯片输入端连接,RAM芯片的输出端与RAM与FIFO转换模块的输入端连接,RAM与FIFO转换模块的输出端也接口切换模块的输入端连接。
进一步地,控制接口采用标准AXI-LITE接口。
进一步地,控制接口包括:
第一控制接口,为读写使能信号;
第二控制接口,用于寻址寄存器;
第三控制接口,用于配置寄存器。
进一步地,数据接口采用标准RAM接口。
进一步地,数据接口包括:
第一数据接口,为写入数据包头,标志数据包起始位置;
第二数据接口,为写入数据包尾,标志数据包结束位置;
第三数据接口,为写入数据有效信号;
第四数据接口,用于写入数据;
第五数据接口,为写入允许信号;
第六数据接口,为读取数据包头,标志数据包起始位置;
第七数据接口,为读取数据包尾,标志数据包结束位置;
第八数据接口,为读取数据有效信号;
第九数据接口,用于读取数据;
第十数据接口,为读取允许信号。
进一步地,NandFlash芯片上设置NandFlash端接口,所述NandFlash端接口采用nofi2.0标准接口。
进一步地,NandFlash端接口包括:
第一NandFlash端接口,为NandFlash片选信号;
第二NandFlash端接口,为地址使能信号;
第三NandFlash端接口,为命令使能信号;
第四NandFlash端接口,异步模式下为写入使能信号,同步模式下为clk时钟信号;
第五NandFlash端接口,异步模式下为读取使能信号,同步模式下为1为写入,0为读取;
第六NandFlash端接口,为数据输入输出接口;
第七NandFlash端接口,异步模式下无作用,同步模式下为数据选择信号。
进一步地,配置寄存器组包括:
第一寄存器,用于地址周期到数据周期的保持时间配置寄存器;
第二寄存器,用于列选择变换建立时间配置寄存器;
第三寄存器,用于片选高电平保持时间配置寄存器;
第四寄存器,用于片选保持时间配置寄存器;
第五寄存器,用于片选建立时间配置寄存器;
第六寄存器,用于数据保持时间配置寄存器;
第七寄存器,用于数据建立时间配置寄存器;
第八寄存器,用于Set feature指令忙时间配置寄存器;
第九寄存器,用于接口切换时间配置寄存器;
第十寄存器,用于数据输出准备时间配置寄存器;
第十一寄存器,用于器件复位时间配置寄存器;
第十二寄存器,用于命令或者地址周期到数据输出保持时间配置寄存器;
第十三寄存器,用于写保护到命令周期时间配置寄存器;
第十四寄存器,用于擦除时间配置寄存器;
第十五寄存器,用于多plane擦除时间配置寄存器;
第十六寄存器,用于多plane编程时间配置寄存器;
第十七寄存器,用于多plane读取时间配置寄存器;
第十八寄存器,用于Cache编程时间配置寄存器;
第十九寄存器,用于写入时间配置寄存器;
第二十寄存器,用于读取时间配置寄存器。
本发明提供的基于FPGA的NandFlash控制器,各个模块均分布于FPGA内部,采用FPGA作为核心的控制单元,提高了系统的灵活性。该控制器遵循nofi2.0协议,兼容NandFlash的异步与同步模式,可以灵活配置寄存器组,实现不同模式,不同速率以及不同NandFlash型号之间的兼容性,灵活方便。该控制器设计精巧,技术先进,使用方便简单,具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明具体实施例结构示意图。
图中,1-控制接口,2-配置寄存器组,3-异步模式状态机,4-同步模式状态机,5-接口切换模块,6-NandFlash芯片,7-数据接口,8-RAM芯片,9-RAM与FIFO转换模块。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述,以下实施例是对本发明的解释,而本发明并不局限于以下实施方式。
如图1所示,本发明提供的基于FPGA的NandFlash控制器,包括NandFlash芯片6和配置寄存器组2,以及:
对配置寄存器组2进行配置的控制接口1;
进行时序操作的异步模式状态机3或同步模块状态机;
对异步模式状态机3、同步模式状态机4进行切换的接口切换模块5;
对数据进行写入或读取的数据接口7;
对数据进行暂存的RAM芯片8;
将数据由RAM存储格式转换为FIFO模块的RAM与FIFO转换模块9。
控制接口1的输出端与配置寄存器组2的输入端连接,配置寄存器组2的输出端分别与异步模式状态机3、同步模式状态机4的输入端连接,异步模式状态机3、同步模式状态机4的输出端分别与接口切换模块5的输入端连接,接口切换模块5的输出端与NandFlash芯片6连接;数据接口7的输出端与RAM芯片8输入端连接,RAM芯片8的输出端与RAM与FIFO转换模块9的输入端连接,RAM与FIFO转换模块9的输出端也接口切换模块5的输入端连接。
具体实施时,将控制接口1连接于系统的控制总线,数据接口7连接于系统的数据总线,通过控制接口1,进行配置寄存器组2的配置,通过数据接口7进行数据的写入,写入的数据在RAM芯片8中暂存。当配置完成的时,若配置异步模式,则异步状态机工作;若配置为同步模式,则同步状态机工作。同步与异步之间的切换,由接口切换模块5完成。RAM与FIFO转接模块9负责将数据由RAM存储格式转换为FIFO模式,方便异步或者同步状态机使用。读取时首先通过控制接口1,配置寄存器组2,将命令配置为读取,时间参数配置成相应器件的时间值。读取时若配置为异步模式则启动异步模式状态机3,若配置为同步模式则启动同步模式状态机4,将NandFlash芯片6中的数据读取。读取的数据经过数据通道,暂存在RAM芯片8中,待合适时,由数据接口7送出。
在本实施中,控制接口1采用标准AXI-LITE接口,使用人员也可根据需要采用其他接口。控制接口1具体包括第一控制接口、第二控制接口和第三控制接口,如表1所示。
表1 控制接口1
控制接口1 | 接口名称 | 功能描述 |
第一控制接口 | Control_wr | 读写使能信号,高电平写入,低电平读出 |
第二控制接口 | Control_addr[7:0] | 8位地址线,用于寻址寄存器 |
第三控制接口 | Control_data[63:0] | 64位宽数据接口7,用该数据配置寄存器 |
数据接口7采用标准RAM接口,数据接口7包括第一数据接口~第十数据接口,如表2所示。
表2 数据接口7
数据接口7 | 接口名称 | 功能描述 |
第一数据接口 | Wr_data_sop | 写入数据包头,标志数据包起始位置 |
第二数据接口 | Wr_data_eop | 写入数据包尾,标志数据包结束位置 |
第三数据接口 | Wr_data_vaild | 写入数据有效,该信号为1时,写入数据有效 |
第四数据接口 | Wr_data[63:0] | 64位写入数据 |
第五数据接口 | Wr_data_rdy | 写入允许信号,该信号为1时,准许写入 |
第六数据接口 | rd_data_sop | 读取数据包头,标志数据包起始位置 |
第七数据接口 | rd_data_eop | 读取数据包尾,标志数据包结束位置 |
第八数据接口 | rd_data_vaild | 读取数据有效,该信号为1时,读取数据有效 |
第九数据接口 | rd_data[63:0] | 64位读取数据 |
第十数据接口 | rd_data_rdy | 读取允许信号,该信号为1时,准许读取 |
NandFlash芯片6上设置NandFlash端接口, NandFlash端接口采用nofi2.0标准接口,NandFlash端接口包括第一NandFlash端接口包括~第七NandFlash端接口,如表3所示。
表3 NandFlash端接口
NandFlash端接口 | 接口名称 | 功能描述 |
第一NandFlash端接口 | Nand_ce | NandFlash片选信号 |
第二NandFlash端接口 | Nand_ale | 地址使能信号 |
第三NandFlash端接口 | Nand_cle | 命令使能信号 |
第四NandFlash端接口 | Nand_wr_clk | 异步模式下为写入使能信号,同步模式下为clk时钟信号 |
第五NandFlash端接口 | Nand_rd_wr | 异步模式下为读取使能信号,同步模式下为1为写入,0为读取 |
第六NandFlash端接口 | Nand_dq[7:0] | 数据输入输出接口 |
第七NandFlash端接口 | Nand_dqs | 异步模式下无作用,同步模式下为数据选择信号 |
本控制器可通过灵活配置寄存器组2,兼容各个厂家的不同器件,在本具体实施例中,配置寄存器组2如表4所示。
表4 配置寄存器组2
寄存器 | 寄存器名称 | 功能描述 |
第一寄存器 | Tadl[7:0] | 地址周期到数据周期的保持时间配置寄存器 |
第二寄存器 | tccs[7:0] | 列选择变换建立时间配置寄存器 |
第三寄存器 | tceh[7:0] | 片选高电平保持时间配置寄存器 |
第四寄存器 | tch[7:0] | 片选保持时间配置寄存器 |
第五寄存器 | tcs[7:0] | 片选建立时间配置寄存器 |
第六寄存器 | tdh[7:0] | 数据保持时间配置寄存器 |
第七寄存器 | tds[7:0] | 数据建立时间配置寄存器 |
第八寄存器 | tfeat[7:0] | Set feature指令忙时间配置寄存器 |
第九寄存器 | titc[7:0] | 接口切换时间配置寄存器 |
第十寄存器 | trr[7:0] | 数据输出准备时间配置寄存器 |
第十一寄存器 | trst[7:0] | 器件复位时间配置寄存器 |
第十二寄存器 | twhr[7:0] | 命令或者地址周期到数据输出保持时间配置寄存器 |
第十三寄存器 | tww[7:0] | 写保护到命令周期时间配置寄存器 |
第十四寄存器 | tbers[31:0] | 擦除时间配置寄存器 |
第十五寄存器 | tplebsy[31:0] | 多plane擦除时间配置寄存器 |
第十六寄存器 | Tplpbsy[31:0] | 多plane编程时间配置寄存器 |
第十七寄存器 | tplrbsy[31:0] | 多plane读取时间配置寄存器 |
第十八寄存器 | tpcbsy[31:0] | Cache编程时间配置寄存器 |
第十九寄存器 | tprog[31:0] | 写入时间配置寄存器 |
第二十寄存器 | tR[31:0] | 读取时间配置寄存器 |
以上公开的仅为本发明的优选实施方式,但本发明并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化,以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰,都应落在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于FPGA的NandFlash控制器,包括NandFlash芯片,其特征在于,还包括:配置寄存器组,以及
对配置寄存器组进行配置的控制接口;
进行时序操作的异步模式状态机或同步模块状态机;
对异步模式状态机、同步模式状态机进行切换的接口切换模块;
对数据进行写入或读取的数据接口;
对数据进行暂存的RAM芯片;
将数据由RAM存储格式转换为FIFO模块的RAM与FIFO转换模块;
所述控制接口的输出端与配置寄存器组的输入端连接,配置寄存器组的输出端分别与异步模式状态机、同步模式状态机的输入端连接,异步模式状态机、同步模式状态机的输出端分别与接口切换模块的输入端连接,接口切换模块的输出端与NandFlash芯片连接;
所述数据接口的输出端与RAM芯片输入端连接,RAM芯片的输出端与RAM与FIFO转换模块的输入端连接,RAM与FIFO转换模块的输出端也接口切换模块的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的NandFlash控制器,其特征在于,控制接口采用标准AXI-LITE接口。
3.根据权利要求1或2所述的基于FPGA的NandFlash控制器,其特征在于,控制接口包括:
第一控制接口,为读写使能信号;
第二控制接口,用于寻址寄存器;
第三控制接口,用于配置寄存器。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA的NandFlash控制器,其特征在于,数据接口采用标准RAM接口。
5.根据权利要求1或4所述的基于FPGA的NandFlash控制器,其特征在于,数据接口包括:
第一数据接口,为写入数据包头,标志数据包起始位置;
第二数据接口,为写入数据包尾,标志数据包结束位置;
第三数据接口,为写入数据有效信号;
第四数据接口,用于写入数据;
第五数据接口,为写入允许信号;
第六数据接口,为读取数据包头,标志数据包起始位置;
第七数据接口,为读取数据包尾,标志数据包结束位置;
第八数据接口,为读取数据有效信号;
第九数据接口,用于读取数据;
第十数据接口,为读取允许信号。
6.根据权利要求1所述的基于FPGA的NandFlash控制器,其特征在于,NandFlash芯片上设置NandFlash端接口,所述NandFlash端接口采用nofi2.0标准接口。
7.根据权利要求6所述的基于FPGA的NandFlash控制器,其特征在于,NandFlash端接口包括:
第一NandFlash端接口,为NandFlash片选信号;
第二NandFlash端接口,为地址使能信号;
第三NandFlash端接口,为命令使能信号;
第四NandFlash端接口,异步模式下为写入使能信号,同步模式下为clk时钟信号;
第五NandFlash端接口,异步模式下为读取使能信号,同步模式下为1为写入,0为读取;
第六NandFlash端接口,为数据输入输出接口;
第七NandFlash端接口,异步模式下无作用,同步模式下为数据选择信号。
8.根据权利要求1、2、4、6或7所述的基于FPGA的NandFlash控制器,其特征在于,配置寄存器组包括:
第一寄存器,用于地址周期到数据周期的保持时间配置寄存器;
第二寄存器,用于列选择变换建立时间配置寄存器;
第三寄存器,用于片选高电平保持时间配置寄存器;
第四寄存器,用于片选保持时间配置寄存器;
第五寄存器,用于片选建立时间配置寄存器;
第六寄存器,用于数据保持时间配置寄存器;
第七寄存器,用于数据建立时间配置寄存器;
第八寄存器,用于Set feature指令忙时间配置寄存器;
第九寄存器,用于接口切换时间配置寄存器;
第十寄存器,用于数据输出准备时间配置寄存器;
第十一寄存器,用于器件复位时间配置寄存器;
第十二寄存器,用于命令或者地址周期到数据输出保持时间配置寄存器;
第十三寄存器,用于写保护到命令周期时间配置寄存器;
第十四寄存器,用于擦除时间配置寄存器;
第十五寄存器,用于多plane擦除时间配置寄存器;
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第十七寄存器,用于多plane读取时间配置寄存器;
第十八寄存器,用于Cache编程时间配置寄存器;
第十九寄存器,用于写入时间配置寄存器;
第二十寄存器,用于读取时间配置寄存器。
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