新型八腳BIOS工作原理和腳位定義

1、M25P80的介紹Flash是一種具有電可擦除的可編程ROM，可以分為兩大類：并行 Flash和串行Flash。并行Flash存儲(chǔ)量大，速度快；而串行 Flash存儲(chǔ)量相對較小，但體積小，連線簡單，可減小電路面積，節(jié)約成本，二者 各有其優(yōu)缺點(diǎn)，可依據(jù)實(shí)際需要選取。本文開發(fā)的系統(tǒng)對速度的要求不是很高，而對電路板的面積要求則 較為苛刻，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用了串行FlashM25P80。M25P80是意法半導(dǎo)體推出的一款高速8 Mbit串行Flash，共由16部分組成，每一部分有 256頁，每頁有256個(gè)字節(jié)。M25P80具有先進(jìn)的寫保護(hù)機(jī)制，讀取數(shù)據(jù)的最大時(shí)鐘速率為40 MHz。M25P80的工作電壓

2、范圍為2.7 V3.6 V，具有整體擦除和扇區(qū)擦除、靈活的頁編程指令和寫保護(hù)功能，數(shù)據(jù)保存至少20年，每個(gè)扇區(qū)可承受100 000次擦寫循環(huán)。并行 Flash封裝通常需要28個(gè)以上的引腳，因此，額外支出 大，而M25P80采用SO8封裝，需要的引腳數(shù)較少，從而節(jié)省了電路板空間，功率、系統(tǒng)噪聲和整體成 本等都會(huì)大幅度降低，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。圖1為M25P80的引腳排列，其中 Vcc和Vss分別為電源和地，其他 6個(gè)引腳均可直接與 FPGA的1/O 引腳相連；寫保護(hù)引腳 W和HOLD掛起引腳，用于數(shù)據(jù)保護(hù)和空閑模式的低功耗運(yùn)行，若不用可將其置 為高電平；S為片選信號(hào)，為低電平時(shí)表示器件被選中，否則工作

3、在待機(jī)狀態(tài)；Q為串行數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的下降沿輸岀Flash器件；D為串行數(shù)據(jù)輸入，包括傳輸指令、地址和輸人數(shù)據(jù)，輸入信號(hào)在時(shí)鐘 的上升沿鎖存Flash器件中。C為串行時(shí)鐘，由FPGA提供時(shí)鐘。由于時(shí)鐘信號(hào)速率較高，所以在 PCB 布線時(shí)要特別注意減少干擾，最好采用地線屏蔽。H25P80圖1 M25P80的引腳排列3 M25P80的指令操作M25P80共有12條操作指令，所有指令都是 8位，操作時(shí)先將片選信號(hào)（S）拉低選中器件，然后輸入 8位 操作指令字節(jié)，串行數(shù)據(jù)在片選信號(hào) S拉低后的第一個(gè)時(shí)鐘的上升沿被采樣，M25P80啟動(dòng)內(nèi)部控制邏輯，自行完成相應(yīng)操作。指令后有時(shí)需輸入地址字節(jié)，必要時(shí)

4、還要加入啞讀字節(jié)，最后操作完畢后再將片選信 號(hào)拉高。下面簡單介紹幾條最常用的指令操作。3.1寫使能指令頁面編程時(shí)，在寫寄存器或者擦除之前，必須先使用寫使能指令設(shè)置寄存器的寫使能位。在上電或?qū)懯鼓?無效指令操作，以及頁面編程、寫寄存器及擦除指令完成時(shí)，該寫使能位復(fù)位。寫使能指令的時(shí)序比較簡 單，指令0000 0110(06h)在片選信號(hào)拉低后的第一個(gè)時(shí)鐘的上升沿送入Flash，先輸入高位，指令輸入完成后立即拉高片選信號(hào)，否則Flash的保護(hù)機(jī)制則認(rèn)為是干擾信號(hào)而不執(zhí)行該指令。寫無效指令與寫使能指令類似，只是輸入的指令代碼為0000 0100(04h)。3.2讀/寫狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器在任何時(shí)候都

5、可讀，即使在頁面編程、擦除或者寫寄存器時(shí)也可讀取寄存器，可被連續(xù)讀取狀態(tài)寄存器。片選信號(hào)拉低后立即送人8位的讀寄存器指令，接下來Flash將內(nèi)部寄存器的數(shù)值串行輸岀，8位寄存器內(nèi)容反復(fù)輸出。寫狀態(tài)寄存器的操作步驟：寫使能指令輸入完成后，拉高片選信號(hào)，F(xiàn)lash執(zhí)行讀使能指令設(shè)置寄存器。然后拉低片選信號(hào)，輸入寫寄存器指令和數(shù)據(jù)，隨后必須馬上拉高片選信號(hào)。3.3讀數(shù)據(jù)指令片選信號(hào)拉低后，首先輸入 8位讀數(shù)據(jù)指令，再輸入所要讀取內(nèi)容的24位首地址，地址指向的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的下降沿輸岀。數(shù)據(jù)輸岀后，地址自動(dòng)遞增，并指向下一個(gè)地址。傳輸下一個(gè)地址指向的數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)刂?達(dá)到最高位后自動(dòng)轉(zhuǎn)向首地址000000h，

6、如此循環(huán)，讀出Flash中的全部內(nèi)容，直到片選信號(hào)拉高。讀數(shù)據(jù)指令時(shí)序如圖2所示。t t 2 3 J S e T 4 ft2&2930 31 3333U3B3B17U50zzumrumimniinn jwwumiumi-并 > 中期比遼埋址彳12撫3.4頁面編程指令在頁面編程之前，首先要輸入寫使能指令，F(xiàn)lash完成寄存器設(shè)置后片選信號(hào)拉低，輸入頁面編程指令，緊接著輸入編程地址和輸入數(shù)據(jù)。 一次最多可輸入256字節(jié)數(shù)據(jù)，如果超出則只保留最后輸入的 256字節(jié)。 如果輸入的地址低8位不全為零，則從輸入的地址開始編程，編程至該頁最后，再從該頁的起始位置開始編寫。數(shù)據(jù)輸人完畢后片選信號(hào)

7、必須置高。否則不執(zhí)行頁面編程指令。頁面編程指令時(shí)序圖如圖3所示。0 1 2 i 4 5 < : t V21 20 39 31 32 U 5 U J7 M 30unimnimruuuuLjmnniuimimuuL* 豁牛十一一一 寒啊宇 th*|X *00000©0000®MS®MSS t gessgtgsjW 41 a 4449 47 4B 40 U 41 U 54 SS S 黑莒菽矣已興栄jinjuuuuuuuuimimuijuuumnni=卜一缺誓宇骨】MSB*| |一*|隅 gMSBI頁iij3.5擦除指令擦除指令將Flash中的0置為1，分為部分擦除

8、和整體擦除兩種指令。整體擦除指令和寫使能指令類似。 只是輸入的指令代碼不同，而部分擦除指令只需要在指令代碼后輸入需要擦除的地址即可，一次可擦除一 塊。執(zhí)行這兩條指令之前，需要先執(zhí)行寫使能指令。4硬件實(shí)現(xiàn)Flash正常工作時(shí)必須嚴(yán)格按照Flash的時(shí)序控制信號(hào)。首次使用Flash時(shí)一定要先進(jìn)行擦除操作，編程指令可以將1變?yōu)?。往Flash中寫入數(shù)據(jù)時(shí)，先將數(shù)據(jù)寫入FPGA的ROM中，然后在FPGA內(nèi)部根據(jù)Flash 的頁面編程時(shí)序?qū)?shù)據(jù)寫入Flash中。選用Altera公司的FPGA，所需的ROM模塊可以直接調(diào)用 Quartusll中的宏功能模塊，編寫一個(gè)控制模塊控制讀取 ROM的時(shí)間及地址，并

9、將數(shù)據(jù)按照Flash的時(shí)序送入Flash 中頁面編程的模塊圖如圖4所示。選用的Flash容量較大，一般FPGA沒有這么大的存儲(chǔ)空間，所以數(shù)據(jù)可分多次寫入。FPGA的ROM中的數(shù)據(jù)保存在.mif文件中，.mif由Matlab直接生成.mif文件，也可在QuartusII軟件中生成。FfUh wrTickrk.iti|“町：L _ 一 一 J _ 亠 £ 亠 一一一4 N » 4cli hl chip stltci dvtU-OutpuE 止館十"Wl cjk cnabk roa-clLr (nilditt(7+.a|sr io pro re: bold r創(chuàng)t %.

10、 fr)MdJedl5., 0-4吐近三g；iZilllU-ZEZ-XEElLSlI M 二二二匸 Z t 戸機(jī)“和 r -''!山匚山丄chip SiClCCE fIdi詳上14護(hù)I 'ir-'l r ' -i ri 汁 pri'：c<T： F * bw ，* ft i 甲'農(nóng)世uniwfdw*ffi4塊斟Flash中的數(shù)據(jù)只要按照讀時(shí)序要求就可以順利讀入FPGA中進(jìn)行運(yùn)算。在調(diào)試中，為了驗(yàn)證程序的正確性，可將從Flash中讀出的數(shù)據(jù)通過串口送到計(jì)算機(jī)，模塊圖如圖5所示。圖中的txmit為串口的發(fā)送端模塊圖，它負(fù)責(zé)將接收到的數(shù)據(jù)按

11、照RS232C的時(shí)序格式輸岀至計(jì)算機(jī)。flash_read模塊按照Flash的讀數(shù)據(jù)格式發(fā)岀控制信號(hào)，并將從Flash讀岀的數(shù)據(jù)按照字節(jié)打包送到txmit模塊。讀時(shí)序驗(yàn)證無誤后，去除txmit模塊，將由Flash讀岀的數(shù)據(jù)送到其他模塊參與運(yùn)算。Jeiii靭也input L常丄elk.Inchip-telm dln-auipui dili-iriptitwrite prDtlhold. p Blgl 云* ： HIT-i:鑑:囂門 f FLK-U 廠 h = vv-F 沁: rm_Fritc-FiDtBci工.QTA 斗»、.1|tim:11hr> £ clkin dltn(L. 1:11HiS HJ«_ w » ” 徵嗎二>如:I Bi * * * * . S黒厲惓粕”h喪堆曲需要注意的是，一些指令在操作完成后，需要留出一段時(shí)間Flash進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如寫寄存器周期(tw)為5ms 15 ms，頁面編程周期 仲p)