基于SOPC的多通道NAND FLASH控制器设计与实现

发布时间：2017-06-29 04:04

  本文关键词：基于SOPC的多通道NAND FLASH控制器设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：SSD即固态硬盘是由主控单元、固态存储单元(DRAM或FLASH芯片)组成的硬盘,其在结构上完全摒弃了传统硬盘的机械式结构,使用闪存或DRAM作为存储数据的介质,拥有传统硬盘所不具备的优点,存储性能极高,在存储技术领域具有巨大的发展潜力。 SSD主控单元在SSD中起着至关重要的作用,性能优异的SSD主控单元是整个SSD系统的灵魂,其主要包括主机接口模块、数据缓存模块、闪存接口模块等。本文的主要内容是其中闪存接口模块的设计即NAND FLASH控制器的设计,其支持Legacy SDR和Toggle DDR两种标准,并可构成多通道架构实现对闪存阵列的控制。 作者对应用于SSD主控的NAND FLASH控制器进行了合理的结构设计和模块划分,包括寄存器组、缓存模块、闪存SDR接口模块、闪存DDR接口模块及ECC检错纠错模块等。论文主要工作包括两个接口模块的状态机设计、控制器的DMA支持、NIOS Ⅱ处理器中的底层驱动程序设计及多通道管理等。该控制器作为挂在Avalon,总线上的自定义组件来使用,一个控制器即为一个通道,多个控制器即可实现多通道结构,可以在CPU的控制下实现单通道内的流水线操作和多通道间的并行操作。本设计只需修改相应参数即可支持不同页大小的FLASH器件。 整个设计基于SOPC系统设计实现,在Quartus Ⅱ中进行硬件设计,在NIOS Eclipse环境下进行软件驱动程序设计。单个NAND FLASH控制器耗费1980个FPGA逻辑单元。在ModelSim中对单通道单片FLASH进行的仿真结果是写性能为5.77MB/s,读性能为18.8MB/s,单通道4级流水线仿真结果是写性能16.43MB/s,读性能32.12MB/s,N通道可近似实现N倍于单通道的读写性能。本设计可广泛应用于固态硬盘等大容量高速FLASH存储系统,具有广阔的应用前景。
【关键词】：NAND FLASH控制器 SOPC 多通道 Toggle DDR
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333.35
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题背景11-14
• 1.2 发展现状及趋势14-15
• 1.3 论文结构15-17
• 第二章 NAND FLASH结构和操作方法17-30
• 2.1 NAND FLASH物理结构17-18
• 2.2 NAND FLASH接口定义18-19
• 2.3 NAND FLASH操作方法和时序19-27
• 2.4 Toggle DDR标准及操作方法27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 多通道NAND FLASH控制器设计与实现30-59
• 3.1 多通道NAND FLASH控制器的整体框架30-31
• 3.2 单通道NAND FLASH控制器的设计与实现31-50
• 3.2.1 寄存器组(Registers)34-37
• 3.2.2 缓存模块(Buffer)37-38
• 3.2.3 Legacy SDR接口模块(NFI_Legacy)38-46
• 3.2.4 Toggle DDR接口模块(NFI_Toggle)46-50
• 3.3 SOPC系统搭建50-51
• 3.4 NAND FLASH控制器软件驱动设计51-54
• 3.5 NAND FLASH控制器的DMA支持54-56
• 3.6 多通道管理的实现56-58
• 3.7 本章小节58-59
• 第四章 仿真与测试59-72
• 4.1 Legacy SDR Nand Flash的仿真与测试59-66
• 4.1.1 仿真59-61
• 4.1.2 板级调试61-66
• 4.2 Toggle DDR Nand Flash的仿真66-68
• 4.3 多通道、流水线操作的仿真68-71
• 4.4 本章小结71-72
• 第五章 论文总结与展望72-74
• 参考文献74-78
• 附录78-79
• 致谢79-80
• 学位论文评闻及答辩情况表80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 杨进;邱兆坤;;SOPC中自定义FIFO接口与DMA数据传输[J];单片机与嵌入式系统应用;2008年08期

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中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 陈兆明;电除尘器高频电源采集系统的设计[D];南京信息工程大学;2013年

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本文编号：496441