基于FPGA的FLASH控制器的设计.doc

中北大学2011届毕业设计说明书 第 PAGE 4 页 共 NUMPAGES 62 页 1 引言 1.1 本课题研究的任务 随着计算机科学和信号处理技术的发展，数字存储的方法被广泛的运用于生活，生产以及科学研究中。本课题研究的是工作在以数据存储系统为主体的数据记录器，用于记录外部数字信号,根据需要传送给PIC32单片机系统。本设计针对系统采集和存储的信号较多，选择FPGA芯片作为数据存储系统的控制芯片，并选择K9HAG08U1M，FLASH闪速存储器作为存储系统，最后通过PMP接口进行数据传输。本文涉及了相应的外围硬件电路和系统处理程序。 1.2 基于FPGA的数据存储系统的意义 如何将采集到的信号进行存储是一个非常重要的研究课题。在很多研究和应用中，非电物理信号如：温度、压力、位移等是不能够被识别的，若要对这些非电物理信号进行在线测量和控制，首先要把它们转化成为模拟物理量电信号，然后将模拟电信号经过处理转换成计算机能识别的数字量，送进计算机处理、存储、传输和显示[1]。数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。在保证精度的条件下，应采用尽可能高的采样速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制对速度的要求[2]。70年代以来，随着电子计算机、大规模集成电路、超大规模集成电路以及微处理器技术的迅猛发展，数字信号处理得到了飞速的发展，它的重要性日益在数字通信、语音处理、图像处理、光学、雷达等各个领域的应用中表现出来。 现场可编程门阵列器件FPGA（Field Programmable Gate Array）是Xilinx公司于1985年首家推出的，它是一种新型的高密度PLD，采用COMS-SRAM工艺制作。FPGA的结构与门阵列PLD不同，其内部由许多独立的可编程逻辑模块组成，逻辑块之间可以灵活的相互连接。FPGA一般分为三个部分：可编程逻辑块、可编程I/O模块和可编程内部连线[3]。FPGA的出现是超大规模集成电路(VLSI)技术和计算机辅助设计(CAD)技术发展的结果, 是当代电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术。 在高速数据采集方面，FPGA有单片机和DSP无法比拟的优势。FPGA时钟频率高，内部时延小，全部控制逻辑由硬件完成，速度快，组成形式灵活，可以集成外围控制、译码和接口电路[4]。随着FPGA在数据采集和存储方面的大规模应用，它正在 逐渐的影响着我们的生活和生产。把现代信号处理实时性的要求和FPGA芯片设计得灵活性结合起来，实现并行算法与硬件结构的优化配置，提高信号处理速度，满足现代信号处理的高速度、高可靠性要求，成为了现今我国数字信号处理的一个研究方向[5]。因此从科学研究和实际应用的角度出发，对于基于FPGA的数据采集处理系统进行研究设计具有重要的意义。 1.3 闪速存储器（FLASH Memory）发展现状及应用 半导体存储器件有很多种类，如DRAM,SRAM,EPROM,FLASH Memory等等。FLASH Memory存储器是在20世纪80年代末逐渐发展起来的一种新型半导体不挥发性存储器，是当今半导体存储器市场中发展最为迅速的一种存储器[6]。因其独有的特点和优越的性能，FLASH Memory被广泛的运用于PC、汽车领域和微控制器等许多领域。在20多年的发展过程中，FLASH Memory的工艺技术不断的进步，FLASH Memory存储器经过了多次的变革和发展。但其变化的总体趋势一直都是：存储容量越来越大、数据读写速度越来越快、性价比越来越高[7]。 FLASH Memory具有结构简单、高密度、低成本、高可靠性和在系统的电可擦除性等优点，可用做数据存储及记录（Code Storage）。FLASH Memory内部构架和实现技术可以分为AND、NAND、NOR和DiNOR等几种，但目前以NAND和NOR为主流。NOR技术是由Intel公司1988年首先推出，NAND技术是由东芝公司1989年发明。NAND技术在设计之初是为了数据存储应用，NOR则是为了满足程序代码的高速访问，并且支持程序在芯片内部运行。目前关于两种技术的发展前景讨论很激烈，各种观点很多。客观来看，二者各有优势和不足。NOR工作电压低、随机读取快、功耗低、稳定性高；而NAND则写回速度快、芯片面积小，特别是容量大有很大的优势[8]。 FLASH Memory在通信领域、消费领域、计算机领域被普遍应用。在电信领域，我国电信运营商已经开通了彩信业务，以MOTOROLA 388和多普达为代表的“PDA+手机”已经得到越来越多的消费者的青睐。这些多功能移动电话需要更大的存储容量，以存储更大的程序和更多的数据。在移动电话中FLASH还有一个更大的应用——可拆卸式闪存卡。下一代以信息为中心的手机将对闪存卡有很大的