本文關(guān)鍵詞：基于SOPC的NAND Flash控制器設(shè)計(jì)

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【摘要】：隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)新領(lǐng)域在近些年來的爆發(fā)式發(fā)展,整個(gè)社會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求正在快速增長(zhǎng)。NAND Flash存儲(chǔ)器件憑借自身高速度、低成本、大容量等特點(diǎn),獲得了廣泛的應(yīng)用。在包括SOPC在內(nèi)的各型片上系統(tǒng)中,集成NAND Flash控制器正成為一種常態(tài)。本文介紹了NAND Flash存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展歷程和市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀,詳細(xì)討論了NAND Flash的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、接口標(biāo)準(zhǔn)以及存取操作特點(diǎn),闡明了NAND Flash控制器設(shè)計(jì)的原理以及需要滿足的規(guī)范。在這樣的理論基礎(chǔ)上,依據(jù)某型自主研發(fā)SOPC的實(shí)際需求,提出了一型適用于該SOPC芯片的基于AMBA AHB總線協(xié)議的可配置NAND Flash控制器,能實(shí)現(xiàn)對(duì)多種異步接口NAND Flash的讀寫。本文提出的NAND Flash控制器,利用配置寄存器和狀態(tài)寄存器進(jìn)行控制,使用片內(nèi)緩存對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行暫存,采用多級(jí)的狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)具體的控制時(shí)序。同時(shí),為了解決NAND Flash存儲(chǔ)器由外部干擾或者位翻轉(zhuǎn)等原因造成的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤情況,本文所述的NAND Flash控制器加入了基于BCH碼的ECC(Error Checking and Correcting)校驗(yàn)?zāi)K。本文深入分析了基于BCH碼的ECC編碼和解碼算法,并給出了對(duì)應(yīng)的8位并行電路實(shí)現(xiàn)。通過加入ECC校驗(yàn)?zāi)K,只損失了非常小的讀寫效率,就大幅提升了數(shù)據(jù)存取的可靠性。整個(gè)控制器擁有良好的可配置性,可擴(kuò)展性,并且電路復(fù)雜度低,硬件資源占用小。NAND Flash控制器的驗(yàn)證工作包括功能仿真,FPGA驗(yàn)證和SOPC板上測(cè)試總共三個(gè)方面。在功能仿真的階段,利用計(jì)算機(jī)上的仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)的功能進(jìn)行了全面的驗(yàn)證和調(diào)試。確定仿真結(jié)果正確后,利用一塊搭載FPGA和NAND Flash芯片的開發(fā)板進(jìn)行了實(shí)際的功能測(cè)試,結(jié)果表明本文所述的控制器能夠正確地進(jìn)行NAND Flash的各種讀寫操作。最后,在某型SOPC芯片完成流片并生產(chǎn)出開發(fā)板后,在該型SOPC中進(jìn)行了實(shí)際部署,并測(cè)試了NAND Flash控制器在實(shí)際工作中的性能。測(cè)試結(jié)果表明,本文所述的NAND Flash控制器完全能夠在該型SOPC上正常工作。本文所提出并驗(yàn)證的NAND Flash控制器已經(jīng)搭載在某型自主研發(fā)SOPC上投入了實(shí)際的應(yīng)用。該NAND Flash控制器的設(shè)計(jì)思路與驗(yàn)證方法具有普適性,可以推廣到各種SOPC或者FPGA應(yīng)用環(huán)境中,具有一定的實(shí)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：NAND Flash控制器 SOPC BCH碼 AHB總線協(xié)議
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP333
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 選題依據(jù)及意義10-11
• 1.2 NAND Flash及其控制器的概述11-14
• 1.2.1 NAND Flash存儲(chǔ)器的發(fā)展11-12
• 1.2.2 NAND Flash控制器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 SOPC的概述14-15
• 1.4 課題背景及本文的主要工作15-16
• 1.4.1 課題背景15-16
• 1.4.2 本文主要工作16
• 1.5 論文的組織結(jié)構(gòu)16-18
• 第二章 NAND FLASH存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及控制時(shí)序分析18-30
• 2.1 NAND Flash存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分析18-21
• 2.1.1 NAND Flash基本存儲(chǔ)原理18-20
• 2.1.2 存儲(chǔ)器陣列組織20-21
• 2.2 NAND Flash接口信號(hào)分析21-23
• 2.3 NAND Flash控制時(shí)序分析23-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 NAND FLASH控制器的總體設(shè)計(jì)30-39
• 3.1 控制器架構(gòu)設(shè)計(jì)30-31
• 3.2 控制器的尋址及寄存器設(shè)計(jì)31-37
• 3.2.1 地址空間分配31-32
• 3.2.2 寄存器詳細(xì)說明32-37
• 3.3 控制器的接口設(shè)計(jì)37-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第四章 控制邏輯與接口設(shè)計(jì)39-60
• 4.1 AHB接口模塊設(shè)計(jì)39-43
• 4.1.1 AHB總線協(xié)議簡(jiǎn)介39
• 4.1.2 AHB接口模塊具體設(shè)計(jì)39-43
• 4.2 主控模塊設(shè)計(jì)43-46
• 4.3 NAND Flash接口模塊設(shè)計(jì)46-56
• 4.3.1 主狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)49-50
• 4.3.2 流程狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)50-54
• 4.3.3 發(fā)送狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)54-56
• 4.4 數(shù)據(jù)緩存模塊設(shè)計(jì)56-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 第五章 基于BCH碼的ECC校驗(yàn)?zāi)K設(shè)計(jì)60-74
• 5.1 BCH碼原理60-64
• 5.1.1 編碼理論的一些基本概念60-61
• 5.1.2 BCH碼及其相關(guān)概念的介紹61-62
• 5.1.3 BCH碼的構(gòu)碼62-64
• 5.2 編碼器設(shè)計(jì)64-66
• 5.2.1 BCH碼串行編碼器設(shè)計(jì)64-65
• 5.2.2 BCH碼8位并行編碼器設(shè)計(jì)65-66
• 5.3 譯碼器設(shè)計(jì)66-71
• 5.3.1 8bit并行伴隨式計(jì)算電路66-68
• 5.3.2 錯(cuò)誤位置多項(xiàng)式計(jì)算電路68-69
• 5.3.3 Chein搜索電路69-71
• 5.4 ECC校驗(yàn)?zāi)K架構(gòu)設(shè)計(jì)71-73
• 5.5 本章小結(jié)73-74
• 第六章 NAND FLASH控制器的驗(yàn)證與測(cè)試74-84
• 6.1 功能仿真74-79
• 6.2 FPGA驗(yàn)證79-82
• 6.3 SOPC板上測(cè)試82
• 6.4 本章小結(jié)82-84
• 第七章 總結(jié)與展望84-86
• 致謝86-87
• 參考文獻(xiàn)87-90
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果90-91

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