一种基于FPGA可扩展的NAND FLASH存储芯片阵列控制器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于FPGA可扩展的NAND FLASH存储芯片阵列控制器。本实用新型专利技术由主机控制模块和NAND FLASH存储芯片控制器模块组成，以单个NAND FLASH存储芯片控制器为核心，并行操作多片NAND FLASH存储芯片，避免了多个控制器所产生的同步问题，同时加入了双缓冲和流水线技术，提高数据的存取速率，完成对NAND FLASH存储芯片阵列的操作，实现了对高速大容量数据的存储。本实用新型专利技术克服了过去存在的比较复杂的同步问题。本实用新型专利技术高了数据存取速度，实现对NAND FLASH存储芯片阵列的控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA可扩展的NANDFLASH存储芯片阵列控制器
本技术涉及大容量及高速率数据存储
，尤其涉及一种基于FPGA可扩展的NANDFLASH存储芯片阵列控制器。
技术介绍
随着电子信息技术的飞速发展和信息产业对数据存储要求越来越高，社会各个行业对大容量数据存储系统的需求越来越大，推动着大容量数据存储技术向前发展。数据存储技术的发展主要是由存储介质的发展和数据传输接口的发展两方面构成。上世纪九十年代记录设备厂商开始研制大容量固态存储器并投入商用，受集成度及价格的限制，如今大容量固态存储器已经很少采用SRAM芯片作为主存储介质，而基于闪存技术的NANDFLASH存储芯片由于其价格低、密度高以及效率高的优势已经占据了主流地位。采用NANDFlash存储芯片作为存储介质的固态盘，比传统的存储设备更能承受温度的变化、机械的振动和冲击，同时具有耗电少、存储密度提升快、可靠性更高的优点，易于实现高速度大容量的存储。同时，随着PCIe，RapidIO和RocketIO一些高速总线的出现，大容量存储系统的数据存取带宽也不断提升。NANDFLASH存储芯片结构每比特成本低，具有更高的性能，并且能像磁盘一样可以通过接口轻松升级。另外，NANDFLASH存储芯片的存储容量每年会提高三到四倍，而封装尺寸在减少，单片读写速率较低，可以采用多片NANDFLASH存储芯片形成阵列结构提高数据速率和存储容量。在本技术专利技术之前，为提高数据存储速率而采用比较流行的基于NANDFLASH存储芯片的高速数据传输与存储技术，主要是采用了流水线存储操作方式以及数据总线并行扩展的技术，其速度可达几百MB/S甚至可达几GB/S，容量也可达T兆级别。但是，NANDFLASH存储芯片的控制逻辑比较复杂，对时序要求也十分严格，直接操作NANDFLASH存储芯片难度大，因此需要设计专用的控制器来对NANDFLASH存储芯片进行基本的读写擦除操作。目前，对NANDFLASH存储芯片的控制已经从单通道发展到多通道了，存取速度进一步提高，大多数多通道的读写都是通过增加控制器的个数来实现的，这种设计方法虽然也能够并行操作多片NANDFLASH存储芯片，但是会带来比较复杂的同步问题。
技术实现思路
本技术的目的就在于克服上述缺陷，研制一种基于FPGA可扩展的NANDFLASH存储芯片阵列控制器。本技术采用的技术方案是：一种基于FPGA可扩展的NANDFLASH存储芯片阵列控制器，其主要技术特征在于：所述的整个系统由主机控制模块和NANDFLASH存储芯片控制器模块组成，并行控制多片NANDFLASH存储芯片，所述NANDFLASH存储芯片阵列控制器包括一个逻辑控制模块、两个数据缓冲区模块、寄存器组以及接口模块；所述NANDFLASH存储芯片控制器模块用于连接主机模块和NANDFLASH存储芯片；所述逻辑控制模块用于产生和NANDFLASH存储芯片相吻合的操作时序；所述两个数据缓冲区模块用于数据的缓存以及实现乒乓操作；所述寄存器组用于存放NANDFLASH存储芯片的内设命令、状态、地址和配置参数；所述主机控制模块包括用于产生访问NANDFLASH存储芯片的命令和数据给控制器，连接由控制器反馈的状态信号和数据信息；所述接口模块用于映射为一个类似SRAM的无粘结接口。所述主机控制模块用于产生访问NANDFLASH的命令和数据给控制器并且接收由控制器反馈的状态信号和数据信息。所述NANDFLASH存储芯片控制器模块用于连接主机模块和NANDFLASH存储芯片，接收主机发送的命令和数据并且并行地操控多片NANDFLASH存储芯片，同时反馈状态信号给主机。所述逻辑控制模块用于产生和NANDFLASH存储芯片相吻合的操作时序，包括读写、擦除、读ID以及复位操作的时序。所述两个数据缓冲区模块用于数据的缓存以及实现乒乓操作。所述寄存器组用于存放NANDFLASH存储芯片的内设命令、状态、地址和配置参数。所述接口模块用于映射为一个类似SRAM的无粘结接口。本技术的有益效果是，本技术基于FPGA可扩展的NANDFLASH存储芯片阵列控制器的设计由主机控制模块产生访问NANDFLASH存储芯片阵列的命令和数据信息给控制器，NANDFLASH存储芯片阵列控制器接收主机发送的命令和数据，并且对NANDFLASH存储芯片阵列做相应的操控，同时反馈状态信号给主机。本技术实现了单个控制器并行操作多片NANDFLASH存储芯片，解决了多个控制器操作的同步问题，同时加入了流水线技术和乒乓操作，进一步提高了数据存取速度，实现对NANDFLASH存储芯片阵列的控制。附图说明图1——本技术系统框架示意图。图2——本技术主状态转移示意图。图3——本技术页编程状态转移示意图。图4——本技术页读状态转移示意图。图5——本技术块擦除状态转移示意图。图6——本技术读ID状态转移示意图。图7——本技术复位状态转移示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本技术的技术思路是：以单个NANDFLASH存储芯片控制器为核心，并行操作多片NANDFLASH存储芯片，避免了多个控制器所产生的同步问题，同时加入了双缓冲和流水线技术，有效地提高了数据的存取速率，完成对NANDFLASH存储芯片阵列的操作，实现了对高速大容量数据的存储。下面具体说明本技术。如图1所示，基于FPGA可扩展的NANDFLASH存储芯片阵列控制器的设计整体结构图，包括主机控制模块1和NANDFLASH存储芯片阵列控制器模块2。NANDFLASH存储芯片阵列控制器模块2与NANDFLASH存储芯片阵列之间的控制信号、状态信号均扩展为4位，数据线端口扩展成32位，实现了四片NANDFLASH存储芯片并行工作，由于只用了一个NANDFLASH存储芯片阵列控制器，故在主机与控制器部分所有控制信号均为1位，数据线扩展成32位。本技术以FPGA中的CYCLONEV作为核心控制单元，是利用VerilogHDL语言设计出来的。其中核心部分NANDFLASH存储芯片阵列控制器模块2是由一个逻辑控制模块21、两个数据缓冲区22(A和B)、寄存器组23以及标准SRAM接口模块24组成。逻辑控制模块21是NANDFLASH存储芯片阵列控制器模块2的关键，将在下面用状态转移图对其进行具体描述，两个数据缓冲区大小都是8K个字节和32位的I/O端口，采用双缓存技术能够有效地提高数据传输速率。具体实现步骤：当主机发出页编程命令后，NANDFLASH存储芯片阵列控制器模块2将地址寄存器的最低位置“0”，表示主机向数据缓冲区A进行编程操作，一旦8K字节的数据写完之后，即数据缓冲区A被写满，NANDFLASH存储芯片阵列控制器模块2立刻进行转换将地址寄存器的最低位置“1”，这时主机就对数据缓冲区B进行操作。这样NANDFLASH存储芯片就使用数据缓冲区A来进行编程操作；当数据缓冲区B被写满并且NANDFLASH存储芯片完成页编程操作后，经过数据缓冲区的再次转换，将数据缓冲区A再次给主机操作，NANDFLASH存储芯片使用数据缓冲区B，如此反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA可扩展的NAND FLASH存储芯片阵列控制器，其特征在于：所述的整个系统由主机控制模块和NAND FLASH存储芯片控制器模块组成，并行控制多片NAND FLASH存储芯片，所述NAND FLASH存储芯片阵列控制器包括一个逻辑控制模块、两个数据缓冲区模块、寄存器组以及接口模块；所述NAND FLASH存储芯片控制器模块用于连接主机模块和NAND FLASH存储芯片；所述逻辑控制模块用于产生和NAND FLASH存储芯片相吻合的操作时序；所述两个数据缓冲区模块用于数据的缓存以及实现乒乓操作；所述寄存器组用于存放NAND FLASH存储芯片的内设命令、状态、地址和配置参数；所述主机控制模块包括用于产生访问NAND FLASH存储芯片的命令和数据给控制器，连接由控制器反馈的状态信号和数据信息；所述接口模块用于映射为一个类似SRAM的无粘结接口。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA可扩展的NANDFLASH存储芯片阵列控制器，其特征在于：所述的整个系统由主机控制模块和NANDFLASH存储芯片控制器模块组成，并行控制多片NANDFLASH存储芯片，所述NANDFLASH存储芯片阵列控制器包括一个逻辑控制模块、两个数据缓冲区模块、寄存器组以及接口模块；所述NANDFLASH存储芯片控制器模块用于连接主机模块和NANDFLASH存储芯片；所述逻辑控制模块用于产生和NANDFLASH存储芯片相吻合的操作时序；所述两个数据缓冲区模块用于数据的缓存以及实现乒乓操作；所述寄存器组用于存放NANDFLASH存储芯片的内设命令、状态、地址和配置参数；所述主机控制模块包括用于产生访问NANDFLASH存储芯片的命令和数据给控制器，连接由控制器反馈的状态信号和数据信息；所述接口模块用于映射为一个类似SRAM的无粘结接口。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA可扩展的NANDFLASH存储芯片阵列控制器，其特征在于：所述主机控制模块用于产生访问NANDFLASH的命令和数据给控制器并且接收由控制器反馈的状态信号和数据信息。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：周磊，陶莉，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32