毕业论文-基于FPGA通用数据采集测试系统的设计1(4)

2019-09-01 14:12

次。

此外,NAND的实际应用方式要比NOR复杂得多。NOR可以直接使用,并在上面直接运行代码。而NAND需要I/O接口,因此使用时需要驱动程序。不过当今流行的操作系统对NAND Flash都有支持,如风河(拥有VxWorks系统)、微软(拥有WinCE系统)等公司都采用了TrueFFS驱动,此外,Linux内核也提供了对NAND Flash的支持[9]。 2.8.2 K9F1G08管脚描述

CLE:命令锁存使能。其为高时,命令通过I/O口线在WE信号的上升沿被锁入命令寄存器。

ALE:地址锁存使能。当其为高时,地址在WE信号的上升沿被锁入地址寄存器;当其为低时,锁定输入数据。

CE:片使能。读操作期间,CE变高,器件转入standby模式;编程或擦除期间,器件处于忙状态时,CE高将被忽略。

WE:写使能。命令、地址和数据在WE信号的上升沿被锁定。

RE:读使能。下降沿有效。WP:写保护。在电源电压过渡期间,使WP为低电平时,可产生写/擦除保护。

R/B:操作状态指示。为低电平时,指示正在编程或读操作中,操作结束后变成高,开路输出。

I/O口:(I/O0~I/O7)三态。输入命令、地址和数据以及读操作时输出数据。 2.8.3 K9F1G08内部结构描述

K9F1G08有65536行(页)乘以2112×8列阵列一共组成1056M存储器,多余的64列位于列地址2048~2111。一个2112字节的高速缓冲存储器彼此间是连续相接的,这些存储器被连接到记忆单元阵列,在页读取和编程运行的过程中,为

I/O缓冲器和记忆单元之间的数据转移提供中间机构。记忆阵列由32个单元组成,这些连续的单元组成了NAND结构,每32个单元属于不同的的页。一块由2个NAND结构链组成,而一个NAND由32个单元组成,总共1081344个NAND单元组成了一块。编程和独操作是以页为基础进行,而块擦除是以块为基础进行。这些记忆阵列由1024个分别有128K字节的块组成,它表明,在K9F1G08逐个位的擦除操作是被禁止的。[10]组织结构如图2.11所示:

图 2.11 K9F1G08组织结构图

K9F1GO8已经形成多元的8个I/O端口,这样的安排极大地减少了管脚数,并且允许系统升级为了将来操作一致性的扩展。在WE和CE处于低电平期间,指令、地址、数据被写通过I/O端口,它们都在WE的上升沿到来时被锁存。通过I/O管脚,CLE和ALE常用来实现各自的指令和地址功能。有一些要求一个总线周期,例如,重设指令读指令等仅要求一个总线周期。而另一些指令,像页读取和编程及块擦除要求两个周期,一个周期为了建立而另一个周期是执行操作。128字节的物理空间要求28个地址,因此,要求4个周期为地址的建立,两个周期是列地址,两个周期是行地址。页读取和编程同样需要四个地址周期跟随指令要求输入。然而,在块擦除操作中,仅仅两个行地址周期被使用,依靠写入特殊的指令进入指令寄存器,器件操作才被选中。

2.8.4 K9F1G08在系统中的应用

在FPGA的控制作用下,数据存入FLASH中。对于模拟信号,由传感器采集到的信号经A/D转换后,暂存于FLASH内部的FIFO中,再送入FLASH存储器中。对于数字量和开关量,经信号调理后,经FPGA内部编程串并转换后,暂存于FPGA内部的FIFO中,再送入FLASH存储器中。如图2.10所示:

图 2.10 K9F1G08在系统中的应用 2.9 本章小结

本章主要讲述了所设计的通用数据采集系统的硬件电路的设计,整个系统由四个部分组成,分别是采集部分、控制部分、存储部分、接口部分。采集到的信号形式有模拟量、数字量、开关量三种,每种信号都有其对应的信号处理电路。模拟量要经过A/D转换为数字量后才能存入FLASH存储器中。数字量要经过电平转换和FPGA内部串并编程后才能存入FLASH存储器中。开关量要经过隔离、驱动和FPGA内部串并编程后才能存入FLASH存储器中。其中,模拟通道的选择、A/D转换、FLASH存储器的读、写、擦除都是在FPGA控制下完成的。

3 FPGA 可编程逻辑器件

本设计由于需要用到大量的控制信号,而且又是以计算机为平台,所以系统中有大量的数字逻辑电路。如果采用传统的数字逻辑芯片来设计电路的话,既增加了电路板的面积,而且也增加了电路的不可靠性,另外调试也不方便。为了解决这些问题,可以借助于近年来迅速发展的大规模可编程专用集成电路----现场可编程门阵列(FPGA )。用一片FPGA就可以代替许多分立器件,从而大大简化了电路板的复杂程度。下面介绍一下它的结构、特点以及设计方法。 3.1 FPGA简介

在可编程逻辑器件芯片内部,按一定的排列方式集成了大量的门和触发器等基本逻辑元件。使用者可利用特定的计算机开发工具(软件包和硬件电路、编程电缆)对其进行加工,即按设计要求将这些芯片内部的元件连接起来(此过程称为编程或设置),使之实现完成某个数字逻辑电路或系统的功能,成为一个可在实际电子系统中使用的专用集成电路(ASIC)随着集成电路工艺的日臻完善,集成度急剧攀升,功能日益强大。可编程逻辑器件广阔的应用前景备受业内人士的瞩目。由于其内部结构的不同,目前应用较广泛的有CPLD和FPGA。

目前,很多学校和公司都开发了可编程逻辑器件实验板,这些实验板上采用了如下几个公司的产品:

Xilinx 公司 主要产品为FPGA和CPLD,目前各学校和公司制做实验板的常用芯片为FPGA 4000系列,Spartan XCS05和XC95108系列CPLD。

Lattice 公司 该公司已经和AMD公司合并,该公司生产GAL和CPLD产品,目前各学校和各公司制作实验板的常用芯片为ISP1016和可编程开关GDS14.。

AMD 公司 该公司生产MACH系列产品,常用芯片为MACH4-128和


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