基于FPGA的NANDFLASH控制接口电路

nandflash

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基于FPGA的NANDFLASH的控制接口电路设计，描述了NANDFLASH的控制

基于 FPGA 的 NAND Flash 控制接口电路设

计

1 引言

随着存储技术的不断进步，Flash Memory 的存储容量越来越大，读写数度越来越快。性

能价格比越来越高。但是，NAND Flash 本身存在缺点，归纳起来有两点：读写控制时序

复杂和位交换(o、1 反转)问题。NAND Flash 器件能够复用指令、地址和数据总线，从而

节省了引脚数量，但引脚不仅承担着数据总线的功能，还承担着地址及指令总线的功能，

所以造成接口控制时序复杂。位反转的问题更多见于 NAND Flash，NAND Flash 的供应

商建议使用 NAND Flash 的同时使用 EDC/ECC 校验算法。

本文实现的 NAND Flash 控制器放置在 CPU 和 NANF Flash 器件之间，实现了 NAND

Flash 的无粘接接口，可以大大简化 CPU 对 NAND Flash 的操作时序，提高 CPU 的使用

效率。ECC 功能可以保证存储数据的准确性，ECC 模块和主控模块相对独立，在不需要

ECC 功能的时候，只需不使能 ECC 模块，方便灵活。

2 控制接口电路的功能特性

整个控制接 121 电路分为两大功能模块：第一个功能模块为主控制器模块，该模块简化

NAND Flash 的接口时序，可以为 NAND Flash 设计一个无粘接接口(Glueless Inter 一

face)，从而使得对 NAND Flash 操作的时序复杂程度大大降低，使得 NAND Flash 接口

映射为一个类似于 SRAM 的无粘结接口。第二个功能模块是 ECC 模块，该模块对 512 个

字节能纠正单比特错误和检测双比特错误，但对单比特以上的错误无法纠正。对两比特以

E 的错误不保证能检测。

两个功能模块相对独立，ECC 功能模块位于主控制器模块与 NAND Flash 芯片之间，可以

选择工作与不工作，主控制器模块的所有命令都会通过 ECC 模块传给 NANDFlash 芯片。

当令 ECC 模块不工作时。ECC 模块就相当于连接主控制器模块与 NAND Flash 芯片的导

线；当 ECC 模块工作时。只会在丰控制器模块的操作中加入一些步骤，并不会打乱主控制

器模块的操作时序。

3 主控制器

3．1 寄存器和缓存配置

主控制器的外部接口类似于 SRAM 的，然而 SRAM 只有读和写两种主要操作。而 NAND

Flash 除 r 页编程与读操作之外还有 ID 读取、重置、块擦除和状态读取等操作，在不改变

接口的情况下只能采用与 NAND Flash 类似的写控制字的方式。主控制器有 16 字节寄存

器组，可以从 I／O 总线上读取指令和地址。指令寄存器采用存储器映射(Memory

Mapped Register)的编址方式，也就是说，寄存器的地址统一编入内存空间，从 0xFF0

到 OxFFA。

3．2 主控制器的实现

主控制器的结构框图见图 1。下面分别讨论时钟控制模块和状态控制模块的设计实现。

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