基于FLASH的高速大容量存储器的研究

论文摘要

在详细分析了应用需求之后,结合FLASH的技术特点,文中提出了一种基于FLASH的高速大容量数据存储器的设计与实现方案。本文首先比较了几种常见的非易失性存储介质的特点,介绍了FLASH的基本操作方法和实现技巧,详细分析了设计过程和实现结果。为了提高FLASH的写和擦除速度,设计中采用了流水线操作和并行扩展技术,使用高性能FIFO缓冲高速数据流的波动,用单片FPGA实现了系统控制逻辑。主要控制逻辑包括FLASH控制器、USB控制器、FIFO控制逻辑等。存储器数据回放的接口采用USB实现。数据输入接口采用LVDS差分出入,输入格式可定制。根据实际工程经验,文中对状态机的设计实现做了重点介绍,同时详细介绍了USB控制状态机实现以及USB固件的设计。整个系统结构采用模块化设计思想,具有可移植,易扩展的特性。本文的研究,为研制应用于实际工程的基于FLASH的高速大容量存储器奠定了坚实的基础,具有较好的指导好借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 本领域研究现状
• 1.3 研究内容及意义
• 第二章 相关背景和系统设计方案
• 2.1 USB 简介
• 2.2 FPGA 选型
• 2.3 基本存储芯片的选型及应用
• 2.3.1 NOR FLASH 与NAND FLASH 性能比较
• 2.3.2 NAND FLASH 选型
• 2.4 系统方案设计
• 2.4.1 LVDS 接口输入
• 2.4.2 高速FIFO 的选用
• 2.4.3 FLASH 阵列控制器
• 2.4.4 USB 接口
• 2.4.5 大容量存储扇区管理策略
• 第三章 硬件系统设计与实现
• 3.1 FPGA 状态机设计
• 3.1.1 状态机的基本结构和功能
• 3.1.2 状态机的VHDL 设计
• 3.1.3 状态机的编码方案
• 3.2 主控FPGA 设计
• 3.2.1 无效块标识
• 3.2.2 FLASH 基本功能实现
• 3.2.3 ECC 校验
• 3.2.4 流水线操作
• 3.2.5 并行扩展
• 3.3 USB 模块设计
• 3.3.1 CY7C68013A
• 3.3.2 USB 状态机设计
• 3.4 片外FIFO
• 3.4.1 FIFO 选型
• 3.4.2 IDT72V36110 型FIFO 读写设计
• 3.5 存储区读写速率估算
• 3.6 FPGA调试总结
• 第四章 软件程序设计
• 4.1 固件程序设计
• 4.1.1 主程序
• 4.1.2 描述符定义
• 4.1.3 配置方式
• 4.2 USB 驱动程序设计
• 4.2.1 WDM 驱动程序和USB 驱动程序的分层结构
• 4.2.2 开发WDM 型的USB 设备驱动程序
• 4.3 应用程序设计
• 4.3.1 打开USB 设备
• 4.3.2 写入数据
• 4.3.3 读取数据
• 第五章 系统调试与分析
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢