专用型SOC片内Flash读写控制系统的设计与实现

摘要

超大规模集成电路VLSI的快速发展促使芯片功能更加强大、尺寸更加微小，片上系统SOC（System on Chip）得到大量的推广和使用。课题研究采用可编程逻辑器件FPGA对目标系列SOC内部Flash存储器进行读写控制的设计与实现，为SOC芯片厂商提供了一款专用的读写工具，方便芯片流片（试生产）过程中进行功能与性能的测试以及量产SOC后写入最新数据，有利于提高芯片开发效率、缩短开发周期、节约开发成本。自从可烧录IC问世以来，便改变了先前固定功能IC的格局，设计者能够将同一种IC备料烧录成不同功能的IC，给设计厂商的 IC库存带来了很大的灵活性。可烧录 IC需使用专门的烧录设备或读写控制系统进行数据烧录，烧录设备主要有通用型和专用型两种。通用型烧录设备具有较好的兼容性，但价格比较昂贵，缺乏灵活性，IC设计厂商则可以把握自家芯片的共性，灵活设计配套的专用型读写控制系统，其功能设计灵活，成本低，具有较高的实用价值。
　　论文针对目标系列SOC，设计了一个专用的Flash读写控制系统。设计充分利用专用型读写测试工具设计的灵活性，最大限度满足厂商设计需求。系统设计支持目标SOC中多个Flash的操作，支持指定任意Block进行操作，最小读写操作单位是1 Word（4 Bytes）。设计提供了上位机与板级双通道控制，使用更加便捷。由于芯片部分指令保密，设计提供了一个方便修改程序内部数据的途径，将MCU程序下载功能集成在系统的上位机中，省去调试器的使用，方便客户修改指令参数。在该部分设计中，提出采用串口虚拟切换的方式，使得系统PC上位机能够轻松切换对SOC操作与对MCU程序更新。为解决串口传输速率与目标SOC操作速率不匹配的问题，设计采用FPGA内部Block RAM做缓存，保证数据读写的正确与稳定。系统设计为SOC提供了灵活的硬件接口，支持在脱机的情况下对SOC进行读写控制，使用灵活。
　　课题研究最终实现了该读写控制系统，同时，仿真验证与 FPGA板级测试验证结果表明控制系统满足设计要求。该设计作为一款专用型读写工具，具有实际的使用价值。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景与意义

1.3 国内外相关领域研究现状

1.4 论文的组织结构

第2章 控制系统的需求分析

2.1 功能分析

2.2 目标Flash的接口定义及操作时序分析

2.3 设计方案

2.4 本章小结

第3章 控制系统的硬件设计

3.1 硬件的整体结构

3.2 FPGA配置电路

3.3 接口控制电路

3.4 电源电路

3.5 本章小结

第4章 控制系统的功能模块设计

4.1 控制系统的模块结构

4.2 人机交互模块设计

4.3 FPGA命令处理模块设计

4.4 FPGA主状态机核心处理模块设计

4.5 本章小结

第5章 控制系统的软件及RTL实现

5.1 交互软件设计

5.2 控制系统的RTL实现

5.3 本章小结

第6章 控制系统的功能验证

6.1 功能仿真

6.2 板级测试

6.3 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献