大容量NAND FALSH的原理及應用

1. 引言

NAND FLASH被廣泛應用于電子系統中作為數據存儲。在各種高端電子系統中現場可編程門陣列(FPGA)已被廣泛應用。FPGA靈活的硬件邏輯能實現對NAND FLASH的讀寫操作。本文中闡述了一種基于NIOS II 軟核的NAND FLASH的驅動方法。

2. VDNF2T16VP193EE4V25簡介

歐比特公司的VDNF2T16VP193EE4V25是一款容量為2Tb、位寬為16位的NAND FLASH，其內部由8片基片拓撲而成，其拓撲結構如下：

圖1 VD1D8G08VS66EE8T7B拓撲結構

其主要特性如下：

總容量2Tb;

位寬：16位;

SLC;

兼容ONFI2.2;

封裝：PGA193;

電源：+3.3V(VCC)、+1.8V(VCCQ)。

3. VDNF2T16VP193EE4V25的控制器設計

大容量NAND FLASH控制器設計包括一個IP核設計。其基于NIOS II 的AVALON總線。AVALON總線能兼容大部分存儲器接口，IP核將AVALON總線時序轉接至NAND FLASH，從而對NAND FLASH進行讀寫操作。

IP邏輯主要有片選信號產生、ALE、CLE、RE、WE等控制信號的轉接。其中RE、WE信號可采用AVALON總線的RE、WE信號;CLE、ALE采用總線地址的低2位進行控制;片選數量較多可依據AVALON總線的byteen信號進行譯碼產生。

圖2 控制器功能框圖

//寫信號

assign nand_wr_n = {avalon_wr_n,avalon_wr_n,avalon_wr_n,avalon_wr_n};

//讀信號

assign nand_rd_n = {avalon_rd_n,avalon_rd_n,avalon_rd_n,avalon_rd_n};

//ALE信號，采用地址0

assign nand_ale = {avalon_add[0],avalon_add[0]};

//CLE信號，采用地址1

assign nand_cle = {avalon_add[1],avalon_add[1]};

//片選信號

assign nand_cs_n[0] = temcs[0]|avalon_byteen_n[0];

assign nand_cs_n[1] = temcs[0]|avalon_byteen_n[1];

……

IP核設計完成后采用QSYS進行硬件平臺搭建，QSYS系統軟核對外引出信號有EPCS、UART、NAND FLASH接口，在Quartus II建立原理圖塊進行編譯產生硬件信息。

采用Nios II Software Build Tools for Eclipse 對QSYS進行軟件編程可實現對NAND FLASH的驅動。

//NAND FLASH數據寄存器地址定義

#define NandFlashDataReg0 (VDNF2T16_V1_0_BASE)

//NAND FLASH ALE寄存器地址定義

#define NandFlashAddReg0 (VDNF2T16_V1_0_BASE+4)

//NAND FLASH CLE寄存器地址定義

#define NandFlashCmdReg0 (VDNF2T16_V1_0_BASE+8)

……

以下為讀取ID及壞塊的信息：

******************************************************************

The cs=0 NAND_FLASH's ID is Right ,The ID is=0x2c881a7a9000

***********************************************************************

This cs=0 FLASH's Bank=0 have 5 BadBlocks:

The num=0 Bank LUN1's num=90 is BadBlock.

The num=0 Bank LUN1's num=91 is BadBlock.

The num=0 Bank LUN1's num=1738 is BadBlock.

The num=0 Bank LUN2's num=90 is BadBlock.

The num=0 Bank LUN2's num=91 is BadBlock.

The Number of Bank's Valid Block is Right.

……

4. 結論

本文闡述了一種通過FPGA實現對歐比特公司的大容量NAND FLASH芯片VDNF2T16VP193EE4V25的操作方法。設計中采用ALTERA公司FPGA芯片，利用自建IP搭建硬件平臺實現NAND FLASH的驅動。該設計也可移植到其他FPGA上，可以很好地應用在各嵌入式電子系統中。