設(shè)計(jì)背景：

FLASH閃存閃存的英文名稱是"Flash Memory"，一般簡(jiǎn)稱為"Flash"，它屬于內(nèi)存器件的一種，是一種不揮發(fā)性( Non-Volatile )內(nèi)存。閃存的物理特性與常見的內(nèi)存有根本性的差異:目前各類 DDR 、 SDRAM 或者 RDRAM 都屬于揮發(fā)性內(nèi)存，只要停止電流供應(yīng)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)便無法保持，因此每次電腦開機(jī)都需要把數(shù)據(jù)重新載入內(nèi)存;閃存在沒有電流供應(yīng)的條件下也能夠長(zhǎng)久地保持?jǐn)?shù)據(jù)，其存儲(chǔ)特性相當(dāng)于硬盤，這項(xiàng)特性正是閃存得以成為各類便攜型數(shù)字設(shè)備的存儲(chǔ)介質(zhì)的基礎(chǔ)。

設(shè)計(jì)原理:

我們的設(shè)計(jì)用的是W25Q128FV 內(nèi)存128M的flash芯片，大家可以自行在網(wǎng)上下載器件手冊(cè)具體看所應(yīng)用的具體命令和自己項(xiàng)目具體的應(yīng)用和想發(fā)來設(shè)計(jì)。

這款flash芯片的的存儲(chǔ)是一個(gè)扇區(qū)4KB，一個(gè)扇區(qū)可以存256個(gè)字，一個(gè)字是8位，一個(gè)塊是64KB，一共有256個(gè)塊組成一個(gè)存儲(chǔ)flash內(nèi)存。

我在下面的講解中，將主要講實(shí)現(xiàn)一下字節(jié)的讀寫，我用的協(xié)議是SPI協(xié)議，這個(gè)芯片支持QSPI，雙端口SPI等。flash有三個(gè)狀態(tài)寄存器，每一個(gè)狀態(tài)寄存器的每一位都有各自的功能。大家可以具體的看器件手冊(cè)，我給大家簡(jiǎn)單的講一下第一個(gè)狀態(tài)寄存器。

這個(gè)狀態(tài)寄存器第一位是可讀忙和不忙的標(biāo)志位，大家可以在我們的設(shè)計(jì)中判斷芯片是否忙和不忙來是否進(jìn)行下一步的操作。第二位是一個(gè)寫標(biāo)志的信號(hào)，當(dāng)寫使能打開的時(shí)候它位1，只有它為1的時(shí)候我們才可以進(jìn)行寫，值得一說的不管是頁(yè)操作，還是擦除等命令后都會(huì)使這個(gè)標(biāo)志位變成0。然后前面的命令算的上的是保護(hù)命令，具體有使用的邏輯功能。

在flash中我們寫數(shù)據(jù)前先要擦除數(shù)據(jù)你想擦除的地方，然后進(jìn)行寫，如果沒有用過的flash芯片的話那么可以不用擦除。畢竟我們的flash可是掉電不丟失數(shù)據(jù)的。

我的設(shè)計(jì)思路是這樣的我們先讀出我們的器件廠商，和芯片ID，然后記性寫命令，寫使能打開，頁(yè)操作寫入數(shù)據(jù)(值得說明的是我們FLASH是新的所以沒進(jìn)行擦除命令，建議擦除---關(guān)閉寫使能 -- 打開寫使能)，然后讀第一個(gè)寄存器判斷芯片的第一位是否忙，不忙然后進(jìn)行讀操作之后再數(shù)碼管上顯示出我們寫入的數(shù)據(jù)。

部分操作命令如下

我們的發(fā)送格式為在時(shí)鐘的上升沿寫入命令，在時(shí)鐘的下降沿讀出命令，我們用的是標(biāo)準(zhǔn)的SPI協(xié)議，端口IO0，和IO1，都是單向的。

寫使能時(shí)序：

讀使能時(shí)序：

之后別的時(shí)序我們將不展示，大家可以參考器件手冊(cè)。

設(shè)計(jì)架構(gòu)圖:

我們的設(shè)計(jì)是用一個(gè)FSM控制器來控制發(fā)送什么命令，flash模塊判斷FSM發(fā)送過來的state信號(hào)來選擇應(yīng)該執(zhí)行什么操作，當(dāng)命令寫入或者讀出后，會(huì)發(fā)送一個(gè)flag_done命令，這個(gè)命令讓我們判斷上個(gè)指令是否完成，如果完成后FAM將發(fā)送下一個(gè)命令。

設(shè)計(jì)代碼:

設(shè)計(jì)模塊

0modulefsm(clk,rst_n,flag_done,command,addr,state,data);

1

2 inputclk,rst_n;

3 inputflag_done;//輸入標(biāo)志位

4 outputreg[7:0]command;//輸出命令

5 outputreg[23:0]addr;//輸出地址

6 outputreg[2:0]state; //輸出狀態(tài)模式

7 outputreg[7:0]data;//輸出寫入數(shù)據(jù)

8

9 reg[2:0]state_s;

10 reg[20:0]count;

11 always@(posedgeclk)

12 if(!rst_n)

13 begin

14 state_s <=0;

15 data <=8'd0;

16 addr <=24'd0;

17 command <=8'd0;

18 state <=0;

19 count <=0;

20 end

21 else

22 case(state_s)

23 0 : begin

24 if(count <200)//延遲一段時(shí)間

25 count <=count +1;

26 else

27 begin//發(fā)送讀廠商ID的命令

28 command <=8'h90;

29 addr <=24'd0;

30 state <=1;

31 count <=1;

32 end

33 if(flag_done)//檢查是否完成

34 state_s <=1;

35 end

36

37 1 : begin

38 if(count <200)//延遲一段時(shí)間

39 count <=count +1;

40 else

41 begin//寫使能

42 command <=8'h06;

43 state <=3;

44 count <=0;

45 end

46 if(flag_done)//檢查是否完成

47 state_s <=2;

48 end

49

50 2 : begin

51 if(count <200)//延遲一段時(shí)間

52 count <=count +1;

53 else

54 begin//頁(yè)操作

55 command <=8'h02;

56 addr <=24'd0;

57 state <=4;

58 data <=8'haa;

59 count <=0;

60 end

61 if(flag_done)//檢查是否完成

62 state_s <=3;

63 end

64

65 3 : begin

66 if(count <200)//延遲一段時(shí)間

67 count <=count +1;

68 else

69 begin//讀寄存器

70 command <=8'h05;

71 count <=0;

72 state <=5;

73 end

74 if(flag_done)//檢查是否完成

75 state_s <=4;

76 end

77

78 4 : begin

79 if(count <200)//延遲一段時(shí)間

80 count <=count +1;

81 else

82 begin//讀數(shù)據(jù)

83 command <=8'h03;

84 addr <=24'd0;

85 state <=2;

86 count <=0;

87 end

88 end

89

90 default:state_s <=0;

91 endcase

92

93endmodule

0moduleflash (clk ,rst_n,q0,q1,sclk,cs,command,addr,state, data,show_data,flag_done);

1

2 inputclk,rst_n;

3 inputq0;

4 outputregq1;

5 outputregsclk;

6 outputregcs;

7 input[7:0]command; //輸入命令

8 input[23:0]addr; //地址

9 input[2:0]state; //狀態(tài)

10 input[7:0]data; //數(shù)據(jù)

11 outputreg[23:0]show_data; //顯示

12 outputregflag_done; //命令完成標(biāo)志

13

14 reg[5:0]count;

15 reg[5:0]cnt;

16 reg[31:0]temp;

17 reg[15:0]d;

18 reg[5:0]count_s;

19 reg[7:0]dou;

20 reg[39:0]xie;

21 reg[7:0]r_reg;

22

23 always@(posedgeclk)

24 if(!rst_n)

25 begin

26 sclk <=1;

27 count_s <=0;

28 end

29 elseif(cs)

30 begin

31 count_s <=0;

32 sclk <=1;

33 end

34 else

35 begin

36 if(count_s ==25-1) //產(chǎn)生1M的時(shí)鐘

37 begin

38 count_s <=0;

39 sclk <=~sclk;

40 end

41 else

42 count_s <=count_s +1;

43 end

44

45 reg[1:0]signle_s;

46

47 //邊沿檢測(cè)電路

48 always@(posedgeclk ornegedgerst_n)

49 if(!rst_n)

50 begin

51 signle_s <=2'b11;

52 end

53 else

54 begin

55 signle_s[0]<=sclk;

56 signle_s[1]<=signle_s[0];

57 end

58

59 assignpose_dge =signle_s[0]&&~signle_s[1];//上升沿脈沖

60 assignnege_dge =~signle_s[0]&&signle_s[1];//下降沿脈沖

61

62 reg[1:0]s;

63 reg[1:0]s1,s2,s3,s4;

64 always@(posedgeclk ornegedgerst_n)

65 if(!rst_n)

66 begin

67 q1 <=0;

68 count <=0;

69 cs <=1;

70 temp <=0;

71 d <=0;

72 cnt <=0;

73 s <=0;

74 s1 <=0;

75 s2 <=0;

76 s3 <=0;

77 flag_done <=0;

78 s4 <=0;

79 end

80 else

81 begin

82 if(state ==1)//state == 1進(jìn)入讀芯片的廠商和ID

83 case(s)

84 0:begincs <=0;temp <={command,addr};s <=1; end

85

86 1 :begin

87 if(nege_dge) //下降沿發(fā)送數(shù)據(jù)

88 begin

89 if(count <32)

90 begin

91 q1 <=temp[31];

92 count <=count +1;

93 temp <= {temp[30:0],temp[31]};

94 end

95 else

96 begin

97 count <=0;

98 s <=2;

99 end

100 end

101 else

102 q1 <=q1;

103 end

104

105 2 : begin

106 if(pose_dge) //上升沿采集數(shù)據(jù)

107 begin

108 if(count <16)

109 begin

110 count <=count +1;

111 d <={d[14:0],q0};

112 end

113 else

114 begin

115 s <=3;

116 cs <=1;

117 count <=0;

118 flag_done <=1;

119 show_data <=d;

120 end

121 end

122 else

123 begin

124 s <=2;

125 end

126 end

127

128 3 : begin

129 flag_done <=0;

130 end

131

132 endcase

133

134 elseif(state ==2) //state == 2進(jìn)入讀模式

135 case(s1)

136 0:begincs <=0;temp <={command,addr};s1 <=1; end

137

138 1 :begin

139 if(nege_dge)

140 begin

141 if(count <32)

142 begin

143 q1 <=temp[31];

144 count <=count +1;

145 temp <={temp[30:0],temp[31]};

146 end

147 else

148 begin

149 count <=0;

150 s1 <=2;

151 end

152 end

153 else

154 q1 <=q1;

155 end

156

157 2 : begin

158 if(pose_dge)

159 begin

160 if(count <8)

161 begin

162 count <=count +1;

163 dou <={dou[6:0],q0};

164 s1 <=2;

165 end

166 else

167 begin

168 s1 <=3;

169 cs <=1;

170 count <=0;

171 flag_done <=1;

172 show_data <=dou;

173 end

174 end

175 else

176 begin

177 s1 <=2;

178 end

179 end

180

181 3 : begin

182 flag_done <=0;

183 end

184 endcase

185

186 elseif(state ==3) //state == 3 進(jìn)入寫使能模式

187 case(s2)

188 0:begincs <=0;temp <={command,addr};s2 <=1; end

189

190 1 :begin

191 if(nege_dge)

192 begin

193 if(count <8)

194 begin

195 q1 <=temp[31];

196 count <=count +1;

197 temp <={temp[30:0],temp[31]};

198 end

199 else

200 begin

201 count <=0;

202 s2 <=2;

203 cs <=1;

204 flag_done <=1;

205 end

206 end

207 else

208 q1 <=q1;

209 end

210

211 2 :flag_done <=0;

212 endcase

213

214 elseif(state ==4) //state == 4 進(jìn)入頁(yè)寫操作

215 case(s3)

216 0:begincs <=0;xie <={command,addr,data};s3 <= 1;end

217

218 1 :begin

219 if(nege_dge)

220 begin

221 if(count <40)

222 begin

223 q1 <=xie[39];

224 count <=count +1;

225 xie <={xie[38:0],xie[39]};

226 end

227 else

228 begin

229 count <=0;

230 s3 <=2;

231 cs <=1;

232 flag_done <=1;

233 end

234 end

235 else

236 q1 <=q1;

237 end

238

239 2 :flag_done <=0;

240

241 endcase

242

243 elseif(state ==5) //state == 5 進(jìn)入讀第一個(gè)狀態(tài)寄存器 操作

244 case(s4)

245 0:begincs <=0;r_reg <=command;s4 <=1;end

246

247 1 :begin

248 if(nege_dge)

249 begin

250 if(count <8)

251 begin

252 q1 <=r_reg[7];

253 count <=count +1;

254 r_reg <={r_reg[6:0],r_reg[7]};

255 end

256 else

257 begin

258 count <=0;

259 s4 <=2;

260 end

261 end

262 else

263 q1 <=q1;

264 end

265

266 2 : begin

267 if(pose_dge)

268 begin

269 if(count <8)

270 begin

271 count <=count +1;

272 d <={d[14:0],q0};

273 end

274 else

275 begin

276 cs <=1;

277 count <=0;

278 if(!d[8])//判斷BUSY位忙不忙， 不忙進(jìn)入下個(gè)狀態(tài)

279 begin

280 flag_done <=1;

281 s4 <=3;

282 end

283 else//忙繼續(xù)讀第一個(gè)寄存器

284 s4 <=0;

285 end

286 end

287 else

288 begin

289 s4 <=2;

290 end

291 end

292

293 3 :flag_done <=0;

294

295 endcase

296

297 end

298

299endmodule

SignalTap 采集圖

圖中顯示的和我們的設(shè)計(jì)一樣，發(fā)送的各個(gè)命令也是一樣的，我們寫入的是AA然后下班接收的也是AA。