大容量閃存器件K9KAG08UOM與DSP的接口設計

前言
慣性導航系統、各種導引頭及空間飛行器等測試和記錄應用系統，都需要自主、實時、可靠存儲大量的關鍵信息，并保證即使整個系統掉電，所采集到的數據仍能長時間保持不丟失，實現歷史數據查詢，便于數據分析。NAND Flash閃速存儲器(簡稱閃存)以其掉電非易失、功耗低、壽命長、容量大、升級容易等獨有的特點迅速成為數據存儲的最佳選擇。
某型激光陀螺慣導單元需要在湖試和海試試驗過程中記錄大量導航參數，為了便于在試驗結束后有效分析數據。這里提出一種基于大容量閃存器件K9KAG08UOM與DSP的接口設計方案。在激光慣導的計算機板上集成了一片NAND Flash閃速存儲器，根據試驗的次數和每個航次存儲數據量的大小，選用SAMSUNG公司的K9KAG08UOM存儲器；為滿足導航控制的周期和算法的復雜程度，選用TI公司的浮點DSPTMS320C6713B作為主控處理器。TMS320C6713B的主頻可達300 MHz，浮點運算速度可達1．8 GFLO／S，是目前運算速度最快的浮點器件之一，已成為嵌入式系統設計中的主流處理器。其中NAND Flash與DSP的接口設計是整個計算機板設計的關鍵部分，這里詳細介紹大容量NAND Flash與DSP接口設計的硬件接口電路和軟件實現方法。

2 大容量閃存K9KAG08UOM簡介
K9KAG08UOM是大容量、高可靠性的NAND Flash存儲器。其存儲容量為2 G字節(2 Gx8 bit)；可將數據線與地址線復用為8條I／O線。并分別提供命令控制信號線；命令、地址和數據信息均通過8條I／O線傳輸，不會因存儲容量的增加而增加引腳數，從而極大方便系統設計和產品升級，而無需更改外部硬件連接，因此成為嵌入式系統中實時存儲大容量數據的最佳選擇。
K9KAG08UOM引腳排列如圖1所示，其引腳功能如下：
I／O0～I／O7：8根地址、數據和命令復用信號。用于輸入命令、數據、地址及輸出數據。
CE：片選信號。用于選擇控制器件。
WE：寫使能信號。通過該端口可在寫脈沖的上升沿鎖存指令、地址和數據。
RE：讀使能信號。在讀信號的下降沿，輸出數據有效，并可累加其內部數據地址。
CLE：命令鎖存使能信號。CLE為高電平時，命令通過I／O端口線在寫信號的上升沿被鎖存入命令寄存器。
ALE：地址鎖存信號。在寫信號的上升沿且地址鎖存信號為高電平時，地址被鎖存。
WP：寫保護信號。WP為低電平時，禁止寫或擦除操作。
R/B：準備就緒或忙輸出顯示信號，當R／B為低電平時，表示有編程、擦除或隨機讀操作正在進行，操作完成后．R/B信號自動返回至高電平。

3 硬件接口設計
3．1 計算機板設計方案
激光陀螺慣導計算機板以CPU為核心，完成數據的采集、運算、通信、數據存儲等任務。計算機板的設計原理如圖2所示。

計算機板主要包括：核心CPU完成導航計算及對外圍接口的管理與控制等：監控與導航Flash完成程序的自主加載引導；NAND Flash完成試驗數據的記錄與下載；FPGA輔助完成A／D轉換時序控制、總線譯碼控制、開關電路控制、分頻及脈沖計數等功能：4通道串行控制器 TL16C754控制4個通道串口。
主機CPU選用DSP器件 TMS320C6713B，其內含浮點數值處理器，支持64位浮點運算，內部RAM容量為256 K字節，主頻最高可達300 MHz，帶有的鎖相環電路使其能夠通過軟件編程設置實際工作頻率。
根據系統時序控制和計數等功能需要邏輯門的大?。瓼PGA選用ACTEL公司的APA300。該器件內部自帶ROM，上電后自主運行，無需外部ROM引導，可靠性高。
串行通信控制器選用，TI公司的TL16C754B。該器件采用3．3 V供電，功耗低，內部有4個并行的串行通信控制器，內部白帶FIFO模式，與DSP無縫接口，使用靈活方便，滿足系統設計需要。