引言

       随着半导体工艺技术的发展,IC设计者已能将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器(或片外存储控制接口)集成在单一芯片上,即SoC芯片。对片上系统(SoC)数据记录需要低功耗、大容量、可快速重复擦写的存储器。常用的介质主要有：动态存储器（DRAM）、静态存储器（SRAM）和闪速存储器（FLASH MEMORY）。DRAM容量大,但需要不断刷新才能保持数据,会占用微处理器时间,同时增加了功耗;SRAM虽然不需要动态刷新,但价格太贵,并且断电后跟DRAM一样数据都无法保存。FLASH MEMORY是一种兼有紫外线擦除EPROM和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)两者优点的新型非易失存储器。由于它可在线进行电可擦除和编程,芯片每区可独立擦写至少1000 000次以上,因而对于需周期性地修改被存储的代码和数据表的应用场合,以及作为一种高密度的、非易失的数据存储介质FLASH是理想的器件选择。在我们设计的系统中,处理器是Openrisc1200,所用的FLASH是AMD与富士公司的Am29LV160D芯片。利用FPGA实现接口,由于Openrisc1200（OR1200）采用WISHBONE总线,所以本设计的接口具有可移植性。

       Am29LV160D芯片特点

       Am29LV160D是一种仅需采用3.0V电源进行读写的闪存。该器件提供了70ns、90ns、120ns读取时间,无需高速微处理器插入等待状态进行速度匹配。为了消除总线竞争,芯片引入了片选使能（CE#）,写使能（WE#）和输出使能（OE#）控制端口。芯片采用分块结构,非常适用于要求高密度的代码或数据存储的低功耗系统。

       ● 甚低功耗
       工作在5MHz时, 电流典型值为：
       睡眠模式下电流为200nA;
       备用模式下电流为200nA;
       读数据时为9mA;
       编程/擦除模式下电流为20mA。

       ● 灵活的分块结构
       一个16KB,两个8KB,一个32KB,和31个64KB块（字节模式）;
       一个8KB,两个4 KB,一个16 KB,和31个32 KB块（字模式）;
       支持整个芯片擦除;
       复杂的块保护特性。

       ● 具有内部嵌入算法
       内部嵌入擦除算法自动预编程和擦除整个芯片或任意块的组合;
       内部嵌入算法自动将给定地址的数据写入芯片及对其校验。

       ● 与JEDEC标准兼容

       ● 具有硬件RESET复位与Ready/Busy擦写查询管脚

       ● 具有擦除暂停与擦除继续功能

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       FLASH接口的设计

                                                                  图2

       由于OR1200采用的是WISHBONE共享总线,其地址线为32位,数据线也为32位。设计中采用将低位与FLASH相联接,并将接口位度设计为16位。原理框图如图2所示。逻辑接口部分采用FPGA来实现。系统选用Xilinx公司最新推出的90nm工艺制造的现场可编程门阵列芯片Spartan-3来实现接口设计,利用它的可编程性特性带来了电路设计的简单化和调试的灵活性。

       FLASH读接口设计

       该接口可实现单周期读与块读功能,时序部分与WISHBONE兼容。由于采用的FLASH最大读周期时间至少为90ns,故只有在总线时钟工作在10MHz以下频率时可以直接将ACK_O端口与STB_I端口相联。当MASTER（指令CACHE）发出块读信号时,将发出一个LOCK_O＝VIH信号给总线仲裁器,要求总线能不间断提供总线。其对SLAVE（FLASH接口部分）控制信号为：
WE_I=VIL,CYC_I=VIH,STB_I=VIH,BYTE=VIH

       当MASTER结束块读时发出STB_O= VIL信号即可。其输出接口部分如图3所示。该输出接口模块源代码如下：

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                                                                     图4

       图4中RV控制信号处采用了R=5kΩ,C=100pF,以便使得VID电压上升时间与下降时间≥500ns,从而满足相应的时序要求。肖特基二极管的引入保证了系统RESET信号被钳制在Vcc＋0.3V以内。总体上来说,该电源隔离电路的引入对整个系统的成本影响很小,而使系统可以在线编程被保护的FLASH存储块。

       总结

       本文介绍了AMD公司Am29LV160D芯片特点,并在此基础上设计了基于WISHBONE总线的接口。该接口设计方法对其他相关SoC总线接口设计具有直接的参考意义。