基于SOPC的NAND Flash控制器设计

发布时间：2017-09-27 04:40

  本文关键词：基于SOPC的NAND Flash控制器设计

  更多相关文章： NAND Flash控制器 SOPC BCH码 AHB总线协议

【摘要】：随着大数据、云计算、移动互联网等信息技术新领域在近些年来的爆发式发展,整个社会对数据存储的需求正在快速增长。NAND Flash存储器件凭借自身高速度、低成本、大容量等特点,获得了广泛的应用。在包括SOPC在内的各型片上系统中,集成NAND Flash控制器正成为一种常态。本文介绍了NAND Flash存储技术的发展历程和市场应用现状,详细讨论了NAND Flash的存储结构、接口标准以及存取操作特点,阐明了NAND Flash控制器设计的原理以及需要满足的规范。在这样的理论基础上,依据某型自主研发SOPC的实际需求,提出了一型适用于该SOPC芯片的基于AMBA AHB总线协议的可配置NAND Flash控制器,能实现对多种异步接口NAND Flash的读写。本文提出的NAND Flash控制器,利用配置寄存器和状态寄存器进行控制,使用片内缓存对数据进行暂存,采用多级的状态机实现具体的控制时序。同时,为了解决NAND Flash存储器由外部干扰或者位翻转等原因造成的数据错误情况,本文所述的NAND Flash控制器加入了基于BCH码的ECC(Error Checking and Correcting)校验模块。本文深入分析了基于BCH码的ECC编码和解码算法,并给出了对应的8位并行电路实现。通过加入ECC校验模块,只损失了非常小的读写效率,就大幅提升了数据存取的可靠性。整个控制器拥有良好的可配置性,可扩展性,并且电路复杂度低,硬件资源占用小。NAND Flash控制器的验证工作包括功能仿真,FPGA验证和SOPC板上测试总共三个方面。在功能仿真的阶段,利用计算机上的仿真软件对设计的功能进行了全面的验证和调试。确定仿真结果正确后,利用一块搭载FPGA和NAND Flash芯片的开发板进行了实际的功能测试,结果表明本文所述的控制器能够正确地进行NAND Flash的各种读写操作。最后,在某型SOPC芯片完成流片并生产出开发板后,在该型SOPC中进行了实际部署,并测试了NAND Flash控制器在实际工作中的性能。测试结果表明,本文所述的NAND Flash控制器完全能够在该型SOPC上正常工作。本文所提出并验证的NAND Flash控制器已经搭载在某型自主研发SOPC上投入了实际的应用。该NAND Flash控制器的设计思路与验证方法具有普适性,可以推广到各种SOPC或者FPGA应用环境中,具有一定的实用价值。
【关键词】：NAND Flash控制器 SOPC BCH码 AHB总线协议
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 选题依据及意义10-11
• 1.2 NAND Flash及其控制器的概述11-14
• 1.2.1 NAND Flash存储器的发展11-12
• 1.2.2 NAND Flash控制器的国内外研究现状12-14
• 1.3 SOPC的概述14-15
• 1.4 课题背景及本文的主要工作15-16
• 1.4.1 课题背景15-16
• 1.4.2 本文主要工作16
• 1.5 论文的组织结构16-18
• 第二章 NAND FLASH存储结构及控制时序分析18-30
• 2.1 NAND Flash存储结构分析18-21
• 2.1.1 NAND Flash基本存储原理18-20
• 2.1.2 存储器阵列组织20-21
• 2.2 NAND Flash接口信号分析21-23
• 2.3 NAND Flash控制时序分析23-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 NAND FLASH控制器的总体设计30-39
• 3.1 控制器架构设计30-31
• 3.2 控制器的寻址及寄存器设计31-37
• 3.2.1 地址空间分配31-32
• 3.2.2 寄存器详细说明32-37
• 3.3 控制器的接口设计37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 控制逻辑与接口设计39-60
• 4.1 AHB接口模块设计39-43
• 4.1.1 AHB总线协议简介39
• 4.1.2 AHB接口模块具体设计39-43
• 4.2 主控模块设计43-46
• 4.3 NAND Flash接口模块设计46-56
• 4.3.1 主状态机设计49-50
• 4.3.2 流程状态机设计50-54
• 4.3.3 发送状态机设计54-56
• 4.4 数据缓存模块设计56-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第五章 基于BCH码的ECC校验模块设计60-74
• 5.1 BCH码原理60-64
• 5.1.1 编码理论的一些基本概念60-61
• 5.1.2 BCH码及其相关概念的介绍61-62
• 5.1.3 BCH码的构码62-64
• 5.2 编码器设计64-66
• 5.2.1 BCH码串行编码器设计64-65
• 5.2.2 BCH码8位并行编码器设计65-66
• 5.3 译码器设计66-71
• 5.3.1 8bit并行伴随式计算电路66-68
• 5.3.2 错误位置多项式计算电路68-69
• 5.3.3 Chein搜索电路69-71
• 5.4 ECC校验模块架构设计71-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 NAND FLASH控制器的验证与测试74-84
• 6.1 功能仿真74-79
• 6.2 FPGA验证79-82
• 6.3 SOPC板上测试82
• 6.4 本章小结82-84
• 第七章 总结与展望84-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-90
• 攻读硕士学位期间取得的成果90-91

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