基于XCR3032的大容量FLASH存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)

　　FLASH存儲(chǔ)器（FLASH Memory）是非易失存儲(chǔ)器，即使在供電電源關(guān)閉后仍然能保留信 息， 可以對(duì)存儲(chǔ)器單元塊進(jìn)行擦除和再編程，并且不需要額外的編程電壓。FLASH存儲(chǔ)器具有工 作電壓低、擦寫速度快、功耗低、壽命長、價(jià)格低廉、控制方法靈活、體積小等優(yōu)點(diǎn)。近年 來，FLASH存儲(chǔ)器在嵌入式系統(tǒng)代碼存儲(chǔ)和大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。本文 介紹了使用XCR3032實(shí)現(xiàn)K9K1G08U0M與微控制器的接口原理，給出了VerilogHD L實(shí)現(xiàn)程序。對(duì)大容量FLASH存儲(chǔ)器的接口設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

　　1XCR3032

　　XCR3032是Xilinx公司生產(chǎn)的CoolRunner XPLA3系列CPLD。他具有如下特點(diǎn)：

　　低功耗供電電壓僅為2.7~3.6 V。他采用Fast Zero PowerTM( FZP)技術(shù)，使得器件的靜態(tài)電流非常低（小于100 μA）；頻率為10 MHz時(shí)，工作電流僅為1 06mA，比其他公司的CPLD小50%~67%。

　　高性能具有32個(gè)宏單元，器件所有信號(hào)具有等延時(shí)，與路徑無關(guān)，t PD最快可達(dá)5 ns。最高運(yùn)行時(shí)鐘頻率可達(dá)200 MHz，多時(shí)鐘資源使得設(shè)計(jì)更加方便 。

　　總線接口友好特別適合應(yīng)用于3.3 V系統(tǒng)中，可無需外接上拉電阻而與5 V器件直接接口。

　　具有Port Enable管腳使得JTAG管腳具有在系統(tǒng)可編程接口和通用I/O口 2種功能。芯片不處于編程狀態(tài)時(shí)，仍可用作一般I/O口。

　　快速ISP編程可達(dá)至少1萬次的編程擦除次數(shù)。

　　XCR3032最顯著的特點(diǎn)是低功耗和高速度。特別適用于手持、移動(dòng)等功耗比較低的系統(tǒng)中。 如PDA、筆記本電腦、移動(dòng)電話等領(lǐng)域。

　　2K9K1G08U0M

　　K9K1G08U0M是韓國三星（Samsung）公司采用NAND技術(shù)生產(chǎn)的128 MB大容量、高可靠、非 易 失性FLASH存儲(chǔ)器，具有高密度、高性能的特點(diǎn)。該器件所提供的片內(nèi)控制器、狀態(tài)寄存器 和專用命令集使其可以靈活地運(yùn)用在各種存儲(chǔ)系統(tǒng)電路中。他的最大優(yōu)點(diǎn)是8位I/O端口是地 址、數(shù)據(jù)和命令的多路復(fù)用，這樣不但大大減少了芯片的引腳數(shù)，而且簡化了系統(tǒng)的連線， 便于系統(tǒng)以后擴(kuò)充芯片容量而不需改變系統(tǒng)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

　　K9K1G08U0M對(duì)于諸如文件存儲(chǔ)、聲 音和音頻信號(hào)處理、智能儀器設(shè)備等要求大容量非易失性存儲(chǔ)的應(yīng)用場合提供了一種極佳的 解決方案。他的典型特性如下：

　　(1)工作電壓：2.7~3.6 V

　　(2)自動(dòng)編程和擦除

　　頁編程：（512+16）B
　　塊擦除：（16 k+512）B
　　(3)可進(jìn)行528 B/頁讀操作

　　隨機(jī)訪問：12μs(最大值)
　　頁面連續(xù)訪問：50μs(最小值)
　　(4)快速寫周期時(shí)間

　　編程時(shí)間：200μs(典型值)
　　塊擦除時(shí)間：2 ms(典型值)
　　(5)硬件數(shù)據(jù)保護(hù)

　　在電源電壓VCC2 V時(shí)，內(nèi)部電壓探測器禁止編程/擦除操作。

　　使用壽命達(dá)100 k次編程、擦除，數(shù)據(jù)可保存達(dá)10年，48腳TSOP封裝。K9K1G08U0M的功能組成框圖如圖1所示。他與控制器的接口信號(hào)除8個(gè)I/O線外， 還包括地址鎖存使能ALE，命令鎖存使能CLE，片選信號(hào)CE，讀使能信號(hào)RE ，寫I/O信號(hào)WE，寫保護(hù)WP控制線，操作狀態(tài)指示信號(hào) R/B等控制線，因此主控制器可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)他的控制。K9K1G08U0M的地址、數(shù)據(jù)和命令信號(hào)輸入都使用8位的I/O口，當(dāng)CE為低 時(shí)，命令、地址和數(shù)據(jù)在WE變低時(shí)由I/O寫入，并在WE的上升沿鎖 存。通過命令鎖存信號(hào)CLE和地址鎖存信號(hào)ALE可實(shí)現(xiàn)命令和地址對(duì)I/O的復(fù)用。K9K1G 08U0M的引腳特性及常用命令見參考文獻(xiàn)［4］。

　　3接口方法

　　K9K1G08U0M與微控制器常規(guī)接口方法是使用專用的口線模擬ALE，CLE并在CE，RE，的時(shí)序配合下完成所有的命令。這種方法的缺點(diǎn)是占用微控制器寶貴的 硬件資源，并要求軟件嚴(yán)格控制他們之間的時(shí)序，增加了程序運(yùn)行時(shí)間和軟件復(fù)雜度，降低 了程序的運(yùn)行效率。而且對(duì)于使用5 V電源的微控制器，由于K9K1G08U0M電源電壓是3 V，所 以他們之間的接口還存在邏輯電平轉(zhuǎn)換的問題。

　　本文提出的方法使用1片XCR3032 CPLD就可以完美地解決上述問題，高效地完成K9K1G08U 0 M的全部功能，而無需占用額外的口線，微控制器只需以固定的地址向XCR3032尋址，通過XC R3032產(chǎn)生的輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)K9K1G08U0M的控制。XCR3032有如下作用：

　　(1)對(duì)微控制器送出的最低4位地址信息進(jìn)行譯碼。

　　(2)分析地址總線的命令并根據(jù)命令內(nèi)容提供K9K1G08U0M的相應(yīng)接口信號(hào)。

　　(3)監(jiān)控K9K1G08U0M的R/B的輸出。

　　綜上所述,利用XCR3032實(shí)現(xiàn)的K9K1G08U0M與微控制器接口電路如圖2所示。

　　根據(jù)K9K1G08U0M的接口時(shí)序要求，XCR3032要根據(jù)微控制器最低4位地址線解碼出K9K1G08U0 M相對(duì)應(yīng)的操作。XCR3032的輸出信號(hào)狀態(tài)取決于微控制器輸入的地址信息。假設(shè)XCR3032的 基地址是B，不同的輸入地址值所對(duì)應(yīng)的輸出操作和基本功能如表1所示。

　　當(dāng)微控制器送出地址是B+0需要讀取K9K1G08U0M數(shù)據(jù)、狀態(tài)和ID時(shí)候RD信號(hào)置0 。當(dāng)微控制器送出地址是B+0并且要求寫數(shù)據(jù)地址或者微控制器送出地址是B+1要求寫命令時(shí) 應(yīng)置0。

　　4Verilog-HDL語言的實(shí)現(xiàn)

　　經(jīng)過上述分析可知，輸入XCR3032的信號(hào)有微控制器讀寫信號(hào)WRIte， READ ，地址總線低4位address［3:0］，
　　
　　使用Verilog語言設(shè)計(jì)組合邏輯和時(shí)序 邏輯具有很高的效率。由于篇幅所限，相關(guān)變量的聲明在此略去，部分Verilog-HDL 代碼如下：
　　
　　
　　

　　5結(jié)語

　　完整程序經(jīng)過Xilinx Project Navigator 6.1編譯、調(diào)試、仿真，利用并口下載電纜通 過 JTAG接口下載到XCR3032中后，使用C8051F021單片機(jī)進(jìn)行接口實(shí)驗(yàn)，證明使用該接口方法K9 K1G08U0M的各項(xiàng)功能和命令均可實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)已成功應(yīng)用于國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目“海洋生態(tài)環(huán) 境自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)”中。