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基于FPGA的USB、Flash控制器设计

作　者: 唐磊
导　师: 李金城
学　校: 北京交通大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: FPGA USB Flash 状态机 匹配表 指令集
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 398次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


随着微电子技术的飞速发展,FPGA（Field Programmable Gate Array）在数字电路设计中的应用越来越广泛,USB（Universal Serial Bus）接口与Flash存储器的使用也越来越普遍。具有USB接口并能直接管理Flash的FPGA系统具有重要的实用价值。不仅可以使系统设计更加灵活,而且还大大降低了成本。本论文对USB接口控制芯片CH372与Flash存储器芯片K9F4G08进行了介绍,详细说明了CH372的中断管理机制、K9F4G08的存储结构、两个芯片的指令集以及工作时序；然后提出了一种基于模块化思想的控制器设计方法,设计了两个控制器模块：controller372与controller4G08,通过它们FPGA可以控制CH372与K9F4G08。FPGA主状态机无需关心芯片的工作时序要求,可以按照系统时钟直接对controller发送指令,controller再对芯片执行相应的操作,最后controller向主状态机返回一个中断信号,表示指令执行完毕。这种设计方法使主状态机的设计大大简化,controller又可以被重复调用,具有很强的可移植性。论文设计的Flash控制器对Flash存储器芯片的坏块（invalid block）提出了一种匹配（mapping）的方法,根据Flash的块擦除指令设计了全擦除指令,执行完该指令后会建立Flash的匹配表,在Flash的读写指令执行之前会根据匹配表进行坏块地址匹配操作,这样保证了大批量数据读写时的连续性。本论文介绍了两个控制器的Verilog HDL代码设计方法,并用Modelsim对两个模块进行功能仿真,最后下装到FPGA开发板上进行硬件的调试。利用Visual Basic语言编写上位机软件对硬件进行控制,将上传与下传的数据读取出来并通过Ultra Compare软件进行比对,验证了USB、Flash数据读写的准确性以及Flash坏块匹配设计的正确性。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 绪论  10-13
  1.1 研究背景与意义  10-12
  1.2 论文研究内容与结构  12-13
2 CH372与K9F4G08简介  13-22
  2.1 USB控制芯片CH372  13-18
    2.1.1 CH372工作原理  13-14
    2.1.2 CH372指令集  14-17
    2.1.3 CH372工作时序  17-18
  2.2 Flash芯片K9F4G08  18-21
    2.2.1 K9F4G08工作原理  18-19
    2.2.2 K9F4G08的指令与时序  19-21
  2.3 本章小结  21-22
3 控制器模块设计  22-36
  3.1 controller_372结构与设计  22-28
    3.1.1 controller_372设计原理  22-23
    3.1.2 controller_372指令集  23-27
    3.1.3 controller_372主状态机  27-28
  3.2 controller_4G08结构与设计  28-35
    3.2.1 controller_4G08设计原理  28-29
    3.2.2 K9F4G08的坏块管理  29-30
    3.2.3 controller_4G08指令集  30-34
    3.2.4 controller_4G08主状态机  34-35
  3.3 设计的整体结构  35
  3.4 本章小结  35-36
4 测试与验证  36-57
  4.1 系统硬件组成  36-38
  4.2 上位机软件  38-40
  4.3 controller_372的实现与验证  40-49
    4.3.1 Verilog HDL代码设计  41-42
    4.3.2 Modelsim仿真  42-48
    4.3.3 硬件调试  48-49
  4.4 controller_4g08的实现与验证  49-56
    4.4.1 代码设计与仿真  49-53
    4.4.2 系统验证机制  53-54
    4.4.3 硬件验证结果  54-56
  4.5 本章小结  56-57
5 总结  57-58
参考文献  58-60
作者简历  60-62
学位论文数据集  62

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 数字电路 > 逻辑电路
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