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科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 研 究 报 告
1 概述
随着各种应用对存储容量的要求不断增加,N AND F LAS H作为一种新兴的半导体存储器件，以其高密度、大容量、高速存储速率以及更多的擦除次数等特点得到了迅猛发展，并广泛应用于各个领域。但是由于工艺和使用环境等问题,N AN D F LA SH 存储器的读写特点，以及必不可少的会出现坏块，因此导致了该存储器的使用方法和其他存储器有着很大的区别。本文讨论了一种基于F P G A 的数据记录仪N A N D FLA SH接口模块的设计，利用FPGA构建读写FIFO缓存、硬件擦除和读写以及坏块屏蔽，外部C PU 以FI FO 接口时序方式来读写NA ND F LASH ，从而方便数据记录仪领域 的N A N D F L A S H 数据存储。
2 参数记录仪数据存储方案
对于参数记录仪而言，为了保证采集数据的完整性，在数据存储期间，数据序列顺序保存，不需要进行数据修改。最后数据一次性的读出转存。本文参数记录仪数据存储方案结构框图如图1所示。
方案系统结构框图中，左边为外部C P U 信号线接口，中间是F P G A 芯片，右边为F L A S H 芯片。在F P G A 芯片中，建立两个独立的输入和输出缓冲区，实现整个逻辑控制功能和FLA SH的块搜索、读写以及擦除操作。
图1中,Control Signal有4个状态，分别
基于F P G A 的数据记录仪N A N D F L A S H
读写模块研制①
黄辉
(台州科技职业学院 浙江台州 318012)
摘 要：随着船舶、航空电子技术的发展，大容量参数记录系统成为设备中必备的部分。文章介绍一种在参数记录仪中应用的基于F P G A 的NAND FLASH读写模块，采用固态存储芯片NAND FLASH作为存储介质,FPGA作为存储器的控制核心，使用FPGA内部存储器构建FIFO 输入和输出缓冲区，引入坏块自动屏蔽技术，在系统中FIFO作为NAND FLASH的读写端口，简化了外部CPU进行数据存储。实验结果表明，该模块能快速的嵌入到记录仪系统中。关键词:FIFO缓存 坏块管理 闪存中图分类号:T N 91文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(c)-0013-02
是读、写、擦除和初始化，因此需要2根时钟同步控制信号线。Status Signal输出当前F L A S H 状态，分别是F L A S H 空、F L A S H 满、系统工作状态，因此需要3根信号线。本系统中使用的 FLASH为K9K8G08U0M，其页容量为2048byte，而FLASH以页方式进行读和写数据操作，因此,FIFO Data In和FIFO Data Out数据缓冲可以设置为4096byte。
很多文献提出了各种建立坏块映射表的N A N D F L A S H 的坏块管理方法，文献1提出了扇区映射方法，文献2中提到块映射方法，文献3提出了高效和节省R A M 资源的S T A F F 块管理方法。上述方法在N A N D FLA SH中建立文件系统转译层FT L非常有效。文献4提出在数据记录仪中用FPG A内部建立屏蔽坏块函数的方法屏蔽坏块。该方法在写两个页数据的时间间隔中查下一个可用块的物理块地址。本方案在Block Search模块的实现中将对文献4的方法进行改进。Erase\Read\Write 模块用于底层F L A S H 操作接口。
3 具体实现方法
系统以Altera公司FPGA EP2C20Q240C8作为控制核心。将外部CPU读写FLASH 数据接口转换成三组信号线：一、FIFO接口信号，分别为F I F O _W R 、F I F O _R D 、F IF O _F U LL 、F IF O _EM E P TY 、F IF O_D AT A [7:0]、FIFO_CLK；二、命令信号线，分别是读、写、擦除和初始化；三、状态信号线，分别是F L AS H 空、F L A S H 满、系统工作状态。3.1输入输出FIFO 实现
防盗螺母
调用Quartus II 中的SCFIFO，配置为8位宽度,4096深度。3.2坏块信息表存储方式
在系统接收到擦除F L A S H 命令后，读取FLASH中的固有的坏块信息并且对好块进行两次擦除操作，同时建立逻辑块地址和好坏块标识表，擦除操作完毕后，将该表同时写入到FLASH前3块有效块中。防止因某一块的损坏而使坏块信息丢失，不能正确判断出有效块，从而导致存储数据出错。这样在每次上电过程中将3块中的好坏块标识信息都读出并对比，如有某一块存储坏块信息不正确，则立即将信息表转存到有效块中，做好备份工作。K9K8G08U0M芯片总共有8192个块，每个块有64页，每页有效数据区有2048字节。为了减少RA M的使
①基金项目：浙江省财政厅支助项目(2011R461002)
页内字节地址
一个字节8位数据 0 B 0 B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6
B 7 1 B 8 B 9 B 10 B 11 B 12 B 13 B 14 B 15 2 B 15 B 16 … ...
1023 B 8190 B 8191 1024 (2047)
…
表1 其中一个块的信息表存储方法
一页总共页内地址2048个;B0……B8191表示8192个块，如果Bi为0，则表示第i块为坏
块，反之为好块。
图1 参数记录仪数据存储方案结构框图
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用量，块有效信息表以位的方式进行存储,8192块需要用1024字节表示。并且在对应的spare区第二字节写入0x1F作为信息表的特征标识。信息表在FL AS H中的存储方式如表1所示。
3.3Block Search模块实现
本文在文献4的坏块屏蔽方法
的基础上进行改进,
操作流程如图2所示。上电时首先将坏块信息表从Flash的3个块中读出,
图3 实验平台
图2 Block Search 模块操作流程图
进行对比后并存入F P G A 内建的R A M 存储区中。RAM的容量始终为1024字节。(如图2）3.4结论
在图3研制的实验平台上对上述硬件模块和程序进行了反复擦除、读写验证，能够可靠实现连续读写累加数据。（如图3)
4 结语
同步相量测量装置
Flash以其大容量和高速存储特点近年
gis地图制作来得到迅猛的发展，已经大量应用于参数记录系统中。但始终受到坏块问题和特有的读写方式的制约，因此，使用上带来不便。本文方法成功解决了参数记录系统中简单使用F L A S H 问题。
参考文献
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United States Patent, no.5,404,485.[2]Takayuki Shinohara. Flash memory
card with block memory address arrangement, 1999.United States Patent [S],no.5,905,993.
[3]Tae-Sun Chung.A flash driver algo-rithm minimizing block erasures.Journal of Systems Architecture[J].53(2007)889-901.
[4]张胜勇.基于FPGA的NAND Flash坏块
处理方法[J].计算机工程.1000-3428(2010)06-0239-02.
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