常用存儲(chǔ)器芯片設(shè)計(jì)指南

1、常用存儲(chǔ)器芯片設(shè)計(jì)指南現(xiàn)代通訊產(chǎn)品中，各種存儲(chǔ)器的應(yīng)用已經(jīng)是越來越廣泛，町以這么說，產(chǎn)品中包含的 存儲(chǔ)器的特性的好壞，直接關(guān)系到產(chǎn)品整體性能。因比，存儲(chǔ)器芯片的設(shè)計(jì)，在通訊產(chǎn)品的 設(shè)計(jì)中，也顯得愈發(fā)重要。目前在通訊產(chǎn)品中應(yīng)用的存儲(chǔ)器，主要冇FLASH、SSRAM、SDRAM、串行PROM等, 由此延伸出去還有在接I丨電路中經(jīng)常應(yīng)用的FIFO、雙I I RAM等，卜面的內(nèi)容就是這些常 用存儲(chǔ)器芯片的原理介紹和在產(chǎn)品中的設(shè)計(jì)指南。FLASH介紹一、BOOT ROM 簡(jiǎn)介我們?cè)?CPU 最小系統(tǒng)中一般采用 AM29LV040B-90/ SST39VF040-90-4C-NH （代碼： 1030006

2、7, 512kB. 8 位總線寬度，PLCC32 封裝，3.3V 供電）作為 BOOT ROM«BOOT ROM中存放的是系統(tǒng)自舉程序，實(shí)現(xiàn)CPU系統(tǒng)的自舉。當(dāng)系統(tǒng)上電后，CPU 首先運(yùn)行BOOT ROM中的程序，完成對(duì)CPU系統(tǒng)的初始化。/JA7529A14A6628A13A5727A8A4826A9A3932-Pin PLCC25A11AX1024WA11123A10A01222CE#DQO1321DQ714 15 16 17 18 19CMinCD00O3KLLLLO弐L<<<<><in JLJi n jLjLjL CNC 寸 G 90 00

3、000圖 1 AM29LV040B-90 / SST39VF040-90-4C-NH 引腳圖該FLASH芯片町在線讀寫，但作為BOOT ROM時(shí)，我們一般用燒錄機(jī)燒寫入程序,不對(duì)其進(jìn)行在線寫。其讀操作時(shí)序如圖2所示。卜面給出一個(gè)MPC860故小系統(tǒng)的應(yīng)用例子。地址總線一 孩據(jù)總線M p C 8 6 OBAB BDB BCBSST39VF010B00T圖3 MPC860 BOOT電路圖因?yàn)槲覀儾恍枰诰€寫，所以為防止BOOT FLASH的程序被改寫，一般將/WE信號(hào)接 高電平。MPC860用8位數(shù)據(jù)I 1的方式訪問BOOT,經(jīng)緩沖之后的數(shù)據(jù)線為BD00-BD07oMPC860 地址線使用A31-

4、A13,經(jīng)一級(jí)驅(qū)動(dòng)與BOOT相連。使用/CS0片選端，地址范闈0x0800 00000x0807 FFFF,使用內(nèi)部等待，等待周期為&BOOT ROM中存放的是系統(tǒng)口舉程序，實(shí)現(xiàn)MPC860系統(tǒng)的口舉。當(dāng)系統(tǒng)上電后， MPC860 n先運(yùn)行BOOT ROM中的程序，該程序首先完成MPC860的初始化，然后根據(jù)參 數(shù)，將Flash ROM中的應(yīng)用程序復(fù)制到SDRAM空間中，然后將控制權(quán)移交給該應(yīng)用程序 運(yùn)行；或準(zhǔn)備應(yīng)用程序加我，進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)。二：大容量FLASH由于FLASH具右在掉電情況下保持?jǐn)?shù)據(jù)和容量大的特性，因此在公司的絕人多數(shù)運(yùn)用 中是用在CPU系統(tǒng)中存放系統(tǒng)的應(yīng)用軟件的，其運(yùn)作

5、過程如下：系統(tǒng)上電后，首先 BOOTROM的片選被選中，它里面放的是CPU的初始化程序，這樣CPU就起來了，接著 FLASH條的版本程序被卜載到內(nèi)存條中，從而整個(gè)軟件就在CPU系統(tǒng)屮運(yùn)行起來，這樣一 來可以提高系統(tǒng)運(yùn)行速度，二來是方便版本的管理。因?yàn)橐话銇碚f系統(tǒng)支持遠(yuǎn)程加載和更新 軟件版本的功能，因此一般說來FLASH中必須開辟兩個(gè)相同的區(qū)域，分別作為軟件版本的 保護(hù)和備份，這樣一旦出現(xiàn)在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)加載軟件失敗時(shí)，能保證備用軟件版本的正常啟動(dòng), 使系統(tǒng)不致冊(cè)潰。典型介紹生產(chǎn)FLASH的廠商很多，我們將以廣為運(yùn)用INTEL的28F128J3A芯片為例子來介紹, 使人家對(duì)FLASH的操作有個(gè)人致的了

6、解，此芯片魚片容量為128MBIT.(16BITX8M)o由 于此系列的FLASH (28F128J3, 28F640J3, 28F32OJ3)的引腳完全兼容，因此可以簡(jiǎn)單地 通過器件替換提供128MBIT.64MBIT,32MBIT的容量。28F128J3A芯片的管腳簡(jiǎn)單,分?jǐn)?shù)據(jù)總線,地址總線,控制線,電源,地這么幾類；在 使用的時(shí)候，只需接出使能，片選，寫控制三根控制線即對(duì)，其他的控制線可以接固定電平, 下圖就是某CPU子卡的FLASH接法：BAB BDB BCB28F128/CS1FLASH 28F128J3A的操作是通過CPU分來 現(xiàn)的，其是通過數(shù)據(jù)總線,地址總線，控制線現(xiàn)某個(gè)固定電平

7、：下就是28F128J3A 有 對(duì)應(yīng)的 的定：CommandScalable or Basic Command Set®Bus Cycles RqdFirst Bus CycleSecond Bus CycleNotesOpor°)AddH4>D腫®Op能Addr®DaZRead ArraySCS.BCS1WriteXOxFF1Read Identifier CodesSCSFCS>2WriteX0X90ReadIAID1.7Read Queryscs>2WriteX0x98ReadQAQD1Read Status RegisterSC

8、S/BCS2WriteX0x70ReadXSRD1.8Clear Status RegisterSCS/BCS1WriteX0x501Write to BufferSCS/BCS>2WriteBA0xE8WriteBAN1.9.10.11Word/Byte ProgramSCS/BCS2WriteX0x40 or0x10WritePAPD1.12.13Block EraseSCS/BCS2WriteBA0x20WriteBAOxDO1.11.12Block Erase. Program SuspendSCS/BCS1WriteXOxBO1.12.14Block Erase. Progra

9、m ResumeSCS/BCS1WriteXOxDO1.12Configurationscs2WriteXOxBSWriteXcc1Set Block Lock-Bitscs2WriteX0x60WriteBA0x011Clear Block Lock-Bitsscs2WriteX0x60WriteXOxDO1,15Protection Program2WriteXOxCOWritePAPD1從上表町以看出28F128J3A人部分命令的實(shí)現(xiàn)分為兩步實(shí)現(xiàn)：例如Block_Erase命令，而普 通的讀命令Read_Array只要一步。對(duì)于28F128J3A的某些操作，是非常簡(jiǎn)單的，例如讀操作：在芯

10、片復(fù)位/上電后芯片默 認(rèn)為Read_Array模式，這樣可以直接讀取芯片的數(shù)據(jù)，但是如果在寫FLASH或發(fā)布了其他命 令后再想讀取，那么就必須巫新發(fā)布Read_Array命令才能讀?。簩?duì)于其他的操作，尤其是分 兩步完成的命令，其操作是通過幾個(gè)不同命令組介而成，具有一定的流程，并且在過程中經(jīng) 常需要不斷地從FLASH讀取狀態(tài)信息以進(jìn)行下一步操作來保證操作的正確.在這里舉兩個(gè)操作流程的例子，通過這個(gè)例子，町以大致了解FLASH的操作：第一個(gè) 是Read_Status_Register命令，這個(gè)命令是用來讀取芯片目前的狀態(tài)，其他操作的流程中經(jīng) 常用到此命令以保證操作的正確，下圖是進(jìn)行Read_Sta

11、tus_Register命令的流圖： St by WSM Reset by user 一 Ckat $tatuT RegitoiCo mm, nd Set .'Reset by Vi'SM第二個(gè)例子是使用Write.to.Buffer命令過程，我們可以看到，在其過程中，我們可以 看到需要發(fā)布Read.Status.Register命令檢資芯片的狀態(tài)借息以判斷卜一步：Command Cyclo Issue Write-to-Buff er Command Address = Any address in block -Data = 0xE8Check Ready Status R

12、oad Status Rogistor CommandflXQquired Pert omn©ad ope ration Read Roady Status on signal D7Writ© Word Count Address = Any addr&ss in block Data = word count Valid range = 0x0 thru 0x1 FWrite Buffer Data Fill wit© buffer up to word count-Address = Address(es) wthin buffer range Dat

13、a = Data to be wilt©nConfirm Cyclo Issue Ccnfirm Command Address Any address in block Data =0x00Road Status RegisterSee Status Register FlowchartErrcr-HandlerUsor-dof inod routineFPGA配置用PROM簡(jiǎn)介這類可編程ROM是專為FPGA加載配趕所用。其針對(duì)不同容量、型號(hào)、廠家的FPGA. 其存儲(chǔ)人小、性能不盡相同；但其使用的電路、方法、時(shí)序基本相同。而且，基本上是只町 一次性擦寫。下而就以XILINX公司XC

14、17S00A系列為例介紹一下。DATA (DOiCLK0E« RESET1 82 PD&/ 7 V0873 lopViewvccVCCNCGND圖1 XC17S00A引腳圖FPGA的配置數(shù)據(jù)是爭(zhēng)先燒入PROM中的.FPGA采用的是主串行配置方式，上電后FPGA產(chǎn)生配置時(shí)鐘給PROM, PROM則按照?qǐng)D3的時(shí)序?qū)PGA進(jìn)行配豐，當(dāng)配豐完成后FPGA的DONE信號(hào)就不使能PROMo圖2 PROM配置FPGA電路圖3 PROM的配置時(shí)序我們公司這類器件沒有一個(gè)是通用的，我們不推薦使用PROM配豐這種方式。最好用CPU進(jìn)行FPGA配置.這樣做增加了 FPGA版本的靈活性.也人人降低

15、了成本。SSRAM介紹SSRAM支持高性能CPU、DSP、網(wǎng)絡(luò)套片等多種應(yīng)用場(chǎng)合。目前在公司多種產(chǎn)品中也 有比較廣泛的應(yīng)用。一、SSRAM的選用在選用SSRAM時(shí)，一般需要考慮以下幾個(gè)方面：（1）根據(jù)設(shè)計(jì)需求、接II芯片的具體要求等確定SSRAM的芯片容量人小、數(shù)據(jù)寬度 以及芯片速度等級(jí)：（2）根據(jù)以上信息確定SSRAM型號(hào)，并盡可能在公司通用件庫(kù)中選型；（3）根據(jù)信號(hào)定義及信號(hào)時(shí)序等確定SSRAM及其接I I芯片的具體的電路連接關(guān)系。二、SSRzkM的電路設(shè)計(jì)1、概述一般來說，SSRAM的信號(hào)主要包括以卜幾部分：數(shù)據(jù)線、地址線、時(shí)鐘以及寫使能、 輸出使能等控制信號(hào)等。在進(jìn)行具體的電路設(shè)計(jì)時(shí)，

16、一般只需將這些主要信號(hào)與其接II的特 定芯片的對(duì)應(yīng)信號(hào)直接對(duì)連即叭對(duì)于一些比較特殊的時(shí)序要求可以通過EPLD內(nèi)做邏輸實(shí) 現(xiàn)。對(duì)于SSRAM ±的一些不用的輸入信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳?、下拉處理?、應(yīng)用實(shí)例卜面以RNC屮的一塊單板ASC±采用的SSRAM為例，來說明SSRAM的具體應(yīng)用。首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求，ASC單板上的ATM層UNI/NNI管理接I 1芯片ALM需要一片數(shù)據(jù) 寬度為32位的SSRAM作為外部存儲(chǔ)器。綜合考慮ALM外部存儲(chǔ)器所需的容最人小以及 冃前SSRAM的價(jià)格因素及芯片可采購(gòu)性等各方面因素，可以選擇公司通用件 CY7C138IB-1OOAC （代碼 1230021

17、7）來實(shí)現(xiàn)。CY7C138IB-1OOAC數(shù)據(jù)寬度為32位，其信號(hào)線主要包括地址線、數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘和- 些控制信號(hào)，其只體信號(hào)如卜表所示。信號(hào)類型信號(hào)名信號(hào)說明處理方式數(shù)據(jù)線DQA0： 8數(shù)據(jù)線與其接門芯片直連DQB0： 8DQC0： 8DQD0： 8地址線A0： 18)地址線與其接門芯片直連時(shí)鐘線CLK時(shí)鐘輸入，用來捕獲芯片的所有同步輸入與其接口芯片直連主要控制信號(hào)/OE輸出使能與其接門芯片直連/GW全局寫使能輸入與其接芯片直連/CE1芯片片選信號(hào)下拉CE2上拉/CE3下拉/BWa, /BWb, /BWc,/BWd字節(jié)寫選擇輸入上拉（因?yàn)槭褂?GW信號(hào)，/BWa, /BWb, /BWc, /B

18、Wd,/BWE將被忽略）/BWE字節(jié)寫使能上拉（理由同上）/ADV有效時(shí),在burst訪問模式時(shí)地址自動(dòng)增加上拉或下拉，可根據(jù)實(shí)際需要通過電阻選焊實(shí)現(xiàn)/ADSC控制器地址選通上拉或下拉，本應(yīng)用中下拉/ADSP處理器地址選通上拉或下拉，本應(yīng)用中上拉MODEBurst序列選擇,接地時(shí) 選擇線性burst順序，懸 空或上拉時(shí)選擇交織 burst上拉或下拉，可根據(jù)實(shí)際需 要通過電阻選焊，本應(yīng)用中 選擇下拉分析ALM及所選SSRAM的只體接I I信號(hào)町知，電路連接方面基本匕只要將二者數(shù)據(jù) 線、地址線、時(shí)鐘以及幾個(gè)主要控制信號(hào)直連，其他的信號(hào)做一些上卜拉處理即可。如下圖 所示，給出了二者接門的電路連接框圖

19、。同時(shí)在表1中最后一列也給出了在該例中SSRAM 各具體信號(hào)的相應(yīng)處理方式。ALMCY7C1381B-100ACSDATA0:31SADDR0:18SOENSWENSCLKDATA0:31ADDR0:18OENNWELKcDQA0:8DQB0:8DQC0:8DQD0:8A0：18/OI幻CL上下拉處理SDRAM應(yīng)用存儲(chǔ)器是容量數(shù)據(jù)處理電路的重要組成部分。隨著數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)于存 儲(chǔ)器的容量和性能提出了越來越高的要求。同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) W其容蟻人、讀寫速度快、支持突發(fā)式讀寫及相對(duì)低廉的

20、價(jià)格而得到了廣泛的應(yīng)用。SDRAM的控制比較復(fù)雜，其接口電路設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。1SDRAM的主要控制侑號(hào)和基本命令SDRAM的主要控制信號(hào)為：CS：片選使能信號(hào)，低電平有效；RAS：行地址選通信號(hào)，低電平有效：CAS：列地址選通信號(hào)，低電平有效：WE：寫使能信號(hào)，低電平有效。SDRAM的基本命令及主要控制信號(hào)見表1表1 SDRAM基本操作及控制信號(hào)命令名稱CSRASCASWE命令禁止(NOP:Command inhibit)HXXX空操作(NOP： No operation)LHHH激活操作(ACT: Select bank and active row)LLHH讀操作(READ： Select b

21、ank and colunin.and start READ burst)LHLH寫操作(WRITE： Select bank and column,and start WRITE burst)LHLL突發(fā)操作停止(BTR： Burst terminate)LHHL預(yù)充電(PRE： Deactive row in bank or banks)LLHL自動(dòng)刷新或自我刷新(REF： Auto refresh or self refresh)LLLH配置模式寄存器(LMR： Load mode register)LLLL所有的操作控制信©、輸入輸出數(shù)據(jù)都與外部時(shí)鐘同步。一個(gè)完備的SDRAM

22、接II很復(fù)雜。對(duì)于常規(guī)的SDRAM應(yīng)用來說，處理的事件相對(duì)來說比 較簡(jiǎn)單，因而町以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)而不影響性能。接I丨電路SDRAM的主要操作可以分為：初始化操 作、讀操作、寫操作、自動(dòng)刷新操作。（1）初始化操作SDRAM上電一段時(shí)間后，經(jīng)過初始化操作才可以進(jìn)入正常工作過程。初始化主要完成預(yù) 充電、自動(dòng)刷新模式寄存器的配置。（2）激活操作SDRAM在進(jìn)行讀寫之前，必須將位于某一個(gè)BANK或所有BANK中的行（row）地址進(jìn)行 激活，之后才能進(jìn)行對(duì)相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行讀寫，激活操作中，地址線上出現(xiàn)的將是行地址和BANK 選擇地址。（3）讀寫操作讀寫操作就是對(duì)SDRAM進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取，在讀寫操作期間，地址線上出現(xiàn)

23、的將是列地址（COLUMN）和BANK選擇地址。讀寫操作可以進(jìn)行單字節(jié)的操作，也町以進(jìn)行BURST操作。（4）刷新操作動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（Dynamic RAM）都存在刷新問題。這里主要采用自動(dòng)刷新方式，每隔一段 時(shí)間向SDRAM發(fā)一條刷新命令。2. SDRAM應(yīng)用介紹目前我們的產(chǎn)品中，在應(yīng)用到微處理器時(shí)，基本上都要使用SDRAM作為處理器的主要內(nèi)存， 由于技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的CPU對(duì)SDRAM的要求也越來越高，主要體現(xiàn)在容最和速度上的 提高，卜面以美光公司的8M16為例，來介紹一下SDRAM在通訊系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。MT8M16是美光公司在sdram上的一個(gè)代表產(chǎn)品，主要特點(diǎn)如卜：1）128MB1T 容量：2M X 16 X 4 BANKS2）速度有10ns和7ns兩種，最新的還有5ns,支持最高的時(shí)鐘頻率nJ達(dá)200MHZ。3）物理地址線A0-AU總共為12根，行列地址線復(fù)用，其中，行地址線為A0-AU,列地址 線為A0-A9,因此總共的邏輯地址共為22根，數(shù)據(jù)線寬為16bit,總?cè)菸轂?8MX16bit=128Mbito4）內(nèi)部有4個(gè)BANK,通過和控制器相應(yīng)的輸出控制線相連，即町實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)間的訪問。下圖是用M