Flash編程器的FPGA實現

1 引言

閃速存儲器（FLASH Memory）以其集成度高、成本低、使用方便等許多優點，廣泛應用于通訊設備、辦公設備、家用電器、醫療設備等領域。利用其保存信息的非易失性和在線更新數據參數的特性，可將其作為具有一定靈活性的只讀存儲器（ROM）使用。

現在的數字電路應用系統設計中，經常遇到大容量的數據存儲問題。Flash由于容量大、存儲速度快、體積小、功耗低等諸多優點，而成為應用系統中數據存儲器件的首選。由于在研制實時信號處理系統時，需要一塊大容量的Flash來存儲坐標變換的數據作查找表，因此面臨一個如何對Flash進行編程，將數據寫入Flash的問題。由于我們選用的Flash芯片為SST39SF010/020，是最新生產的型號，需要自己開發編程器來滿足設計需要，達到既經濟又實用的目的。這一型號的Flash采用的是標準的5V電壓供電，器件在命令控制下自己產生內部的擦除電壓Vpp，從而完成數據的寫入和芯片的擦除等各種功能。而FPGA這種大規模的可編程器件十分適合邏輯電路的設計，能方便地控制和產生 Flash編程操作中的各種控制命令，實現編程器的功能。

2 Flash的性能參數和操作時序

以最新的Flash芯片型號SST39SF010/020為例，容量為1/2Mbit（×8）。 它的主要性能有：

● 單一的5.0V電壓讀寫操作；

● 高可靠性，超過100年的數據保持能力；

● 快速擦除和字節編程功能

——扇區擦除時間典型值只需7ms；

——片擦除時間典型值只需15ms；

——字節編程需時間典型值只需20微秒；

——片重寫時間需3ms（SST39SF010）

● 片內部產生Vpp編程電壓，實現自動讀寫時序；

● I/O兼容TTL；

各引腳功能：

Ams～A0：地址輸入 ——提供存儲器地址；

DQ7～DQ0：數據輸入/輸出 ——在讀時序時輸出數據，在寫時序時接收輸入的數據；

CE#：片選使能——當CE#為低電平有效；

OE#：輸出使能——選通輸出緩存器；

WE#：寫使能——控制寫時序；

VDD：接5V電源；

VSS：接地。

在對Flash進行編程操作前，必須保證存儲單元為空。如果不為空，就必須先對Flash芯片進行擦除操作。由于Flash采用了模塊分區的陣列結構，使得各個存儲模塊既可以整個芯片一齊被擦除，還可以使各個存儲模塊被獨立的分別擦除。只需在地址和數據端寫入不同的操作命令即可實現不同的擦除操作。

SST39SF010的編程操作分三步驟：第一步是連續載入三字節命令的軟件數據保護操作，第二步是寫入字節地址和字節數據，在編程操作過程中，地址是在CE#或WE#的下降沿時有效，而數據則是在CE#或WE#的上升沿時有效；第三步是芯片內部的編程操作，該操作在CE#或WE#的第四個上升沿有效，隨后該內部編程操作在30微秒內即可完成。
FLASH的編程操作是自動字節操作，編程時要特別注意編程時間參數和使用的命令集。編程和擦除時鐘周期的定時參數如表所示。