數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)之nand_flash結(jié)構(gòu)和原理剖析

1. 引言

NAND FLASH被廣泛應(yīng)用于電子系統(tǒng)中作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在各種高端電子系統(tǒng)中現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)已被廣泛應(yīng)用。FPGA靈活的硬件邏輯能實(shí)現(xiàn)對(duì)NAND FLASH的讀寫操作。本文中闡述了一種基于NIOS II 軟核的NAND FLASH的驅(qū)動(dòng)方法。

2. VDNF2T16VP193EE4V25簡介

歐比特公司的VDNF2T16VP193EE4V25是一款容量為2Tb、位寬為16位的NAND FLASH，其內(nèi)部由8片基片拓?fù)涠?，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

圖1 VD1D8G08VS66EE8T7B拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

其主要特性如下：

? 總?cè)萘?Tb;

? 位寬：16位;

? SLC;

? 兼容ONFI2.2;

? 封裝：PGA193;

? 電源：+3.3V(VCC)、+1.8V(VCCQ)。

3. VDNF2T16VP193EE4V25的控制器設(shè)計(jì)

大容量NAND FLASH控制器設(shè)計(jì)包括一個(gè)IP核設(shè)計(jì)。其基于NIOS II 的AVALON總線。AVALON總線能兼容大部分存儲(chǔ)器接口，IP核將AVALON總線時(shí)序轉(zhuǎn)接至NAND FLASH，從而對(duì)NAND FLASH進(jìn)行讀寫操作。

IP邏輯主要有片選信號(hào)產(chǎn)生、ALE、CLE、RE、WE等控制信號(hào)的轉(zhuǎn)接。其中RE、WE信號(hào)可采用AVALON總線的RE、WE信號(hào);CLE、ALE采用總線地址的低2位進(jìn)行控制;片選數(shù)量較多可依據(jù)AVALON總線的byteen信號(hào)進(jìn)行譯碼產(chǎn)生。

圖2 控制器功能框圖

//寫信號(hào)

assign nand_wr_n = {avalon_wr_n,avalon_wr_n,avalon_wr_n,avalon_wr_n};

//讀信號(hào)

assign nand_rd_n = {avalon_rd_n,avalon_rd_n,avalon_rd_n,avalon_rd_n};

//ALE信號(hào)，采用地址0

assign nand_ale = {avalon_add[0],avalon_add[0]};

//CLE信號(hào)，采用地址1

assign nand_cle = {avalon_add[1],avalon_add[1]};

//片選信號(hào)

assign nand_cs_n[0] = temcs[0]|avalon_byteen_n[0];

assign nand_cs_n[1] = temcs[0]|avalon_byteen_n[1];

……

IP核設(shè)計(jì)完成后采用QSYS進(jìn)行硬件平臺(tái)搭建，QSYS系統(tǒng)軟核對(duì)外引出信號(hào)有EPCS、UART、NAND FLASH接口，在Quartus II建立原理圖塊進(jìn)行編譯產(chǎn)生硬件信息。

采用Nios II Software Build Tools for Eclipse 對(duì)QSYS進(jìn)行軟件編程可實(shí)現(xiàn)對(duì)NAND FLASH的驅(qū)動(dòng)。

//NAND FLASH數(shù)據(jù)寄存器地址定義

#define NandFlashDataReg0 (VDNF2T16_V1_0_BASE)

//NAND FLASH ALE寄存器地址定義

#define NandFlashAddReg0 (VDNF2T16_V1_0_BASE+4)

//NAND FLASH CLE寄存器地址定義

#define NandFlashCmdReg0 (VDNF2T16_V1_0_BASE+8)

……

以下為讀取ID及壞塊的信息：

******************************************************************

The cs=0 NAND_FLASH's ID is Right ,The ID is=0x2c881a7a9000

***********************************************************************

This cs=0 FLASH's Bank=0 have 5 BadBlocks:

The num=0 Bank LUN1's num=90 is BadBlock.

The num=0 Bank LUN1's num=91 is BadBlock.

The num=0 Bank LUN1's num=1738 is BadBlock.

The num=0 Bank LUN2's num=90 is BadBlock.

The num=0 Bank LUN2's num=91 is BadBlock.

The Number of Bank's Valid Block is Right.

……

4. 結(jié)論

本文闡述了一種通過FPGA實(shí)現(xiàn)對(duì)歐比特公司的大容量NAND FLASH芯片VDNF2T16VP193EE4V25的操作方法。設(shè)計(jì)中采用ALTERA公司FPGA芯片，利用自建IP搭建硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)NAND FLASH的驅(qū)動(dòng)。該設(shè)計(jì)也可移植到其他FPGA上，可以很好地應(yīng)用在各嵌入式電子系統(tǒng)中。