畢業(yè)論文-U盤(pán)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā).doc

u盤(pán)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)畢業(yè)論文摘要本項(xiàng)目主要內(nèi)容是開(kāi)發(fā)一個(gè)u盤(pán)，要求能實(shí)現(xiàn)一個(gè)市場(chǎng)上u盤(pán)的基本功能：能夠讀取、能夠保存、支持擦寫(xiě)。論文主要內(nèi)容包括以下六個(gè)部分：第一部分對(duì)u盤(pán)作一個(gè)初步的介紹，包括u盤(pán)、usb的發(fā)展歷史，u盤(pán)、usb的應(yīng)用領(lǐng)域等。第二部分著重介紹了開(kāi)發(fā)u盤(pán)的兩個(gè)開(kāi)發(fā)工具orcad與pads軟件，簡(jiǎn)單的介紹了其強(qiáng)大的功能、安裝過(guò)程以及一些基本的使用，為在后期的u盤(pán)開(kāi)發(fā)：畫(huà)電路圖、封裝電路圖、封裝pcb做好前期準(zhǔn)備。第三部分詳細(xì)介紹了u盤(pán)的運(yùn)作原理、usb傳輸協(xié)議、組成原理、以及開(kāi)發(fā)u盤(pán)要使用的芯片。第四部分根據(jù)前面的基礎(chǔ)畫(huà)出電路圖、制作電路板、錫焊芯片的過(guò)程、u盤(pán)的測(cè)試，完成一個(gè)u盤(pán)。最后部分是致謝、參考文獻(xiàn)以及附錄。關(guān)鍵字：pcb、主芯片、flash 、nand flash、i5060、k9f5608、eda。目錄摘要i第一章u盤(pán)概述11.1 什么是u盤(pán)11.2 u盤(pán)發(fā)展史11.2 u盤(pán)的用途21.4 u盤(pán)的發(fā)展趨勢(shì)2第二章開(kāi)發(fā)工具orcad與pads的介紹32.1 orcad講解32.2 pads 講解4第三章u盤(pán)原理及芯片63.1 u盤(pán)原理63.1.1 usb端口介紹63.1.2 usb傳輸協(xié)議63.1.3 u盤(pán)原理73.2 u盤(pán)的文件系統(tǒng)與芯片83.2.1 u盤(pán)文件系統(tǒng)（for c）83.2.2 u盤(pán)芯片介紹9第四章u盤(pán)的封裝與測(cè)試144.1 畫(huà)電路圖及封裝電路圖144.2 畫(huà)pcb及封裝pcb154.3封裝及調(diào)試u盤(pán)15致謝19參考文獻(xiàn)20附錄2123第一章 u盤(pán)概述1.1 什么是u盤(pán)u盤(pán)即usb盤(pán)的簡(jiǎn)稱，而優(yōu)盤(pán)只是u盤(pán)的諧音稱呼。u盤(pán)是閃存的一種，因此也叫閃盤(pán)。最大的特點(diǎn)就是：小巧便于攜帶、存儲(chǔ)容量大、價(jià)格便宜。是移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備之一。1.2 u盤(pán)發(fā)展史u盤(pán)應(yīng)該是在2000年首次面市，當(dāng)時(shí)全球共有5家企業(yè)擁有自有閃存盤(pán)品牌的銷售，這5家主要是以色列的msystem、新加坡track、朗科優(yōu)盤(pán)、魯文易盤(pán)和韓國(guó)flashdriver。但這五家推出的產(chǎn)品是有區(qū)別的，msystem、track、優(yōu)盤(pán)以及flashdriver的第一代閃存盤(pán)在各種操作系統(tǒng)下都必須要安裝驅(qū)動(dòng)程序才可使用，這并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)閃存盤(pán)真正的“移動(dòng)存儲(chǔ)”的特點(diǎn)，而且當(dāng)時(shí)這些廠家推出的閃存盤(pán)價(jià)格非常高，朗科優(yōu)盤(pán)的16m產(chǎn)品就賣到了1000左右。魯文推出的第一代閃存盤(pán)u盤(pán)就具有“無(wú)驅(qū)”功能。無(wú)驅(qū)是指用戶除了在windows98se操作系統(tǒng)外，其他的windows2000、windows xp等操作系統(tǒng)下都無(wú)需驅(qū)動(dòng)程序，易盤(pán)可即插即用，讓用戶真正地實(shí)現(xiàn)移動(dòng)存儲(chǔ)。 隨著無(wú)驅(qū)型易盤(pán)面市，其他品牌也緊接其后，朗科的第二代優(yōu)盤(pán)也推出了無(wú)驅(qū)功能。隨著消費(fèi)者對(duì)閃存盤(pán)的認(rèn)知度提高，消費(fèi)者對(duì)閃存盤(pán)功能的需求也日益增多。魯文公司在2002年初就推出了具有“無(wú)驅(qū)、啟動(dòng)、硬加密”功能三項(xiàng)功能于一體的“三合一”型u盤(pán)。此三合一u盤(pán)是指u盤(pán)除了具有無(wú)驅(qū)功能，還具有啟動(dòng)系統(tǒng)功能，可將u盤(pán)做為系統(tǒng)啟動(dòng)盤(pán)來(lái)啟動(dòng)系統(tǒng)，這項(xiàng)功能使得軟盤(pán)沒(méi)有存在的意義了；值得一提的是“硬加密”功能，此功能使得易盤(pán)具有私密性，用戶必須鍵入正確的密碼方可使用u盤(pán)，這樣可以防止用戶私密性的資料被其他人竊取。u盤(pán)已不僅僅具有存儲(chǔ)功能，而具有了更多的個(gè)性化特色。1.3 u盤(pán)的用途從只有幾家生產(chǎn)廠家到現(xiàn)在數(shù)以萬(wàn)計(jì)，從幾m的存儲(chǔ)空間到現(xiàn)在幾g甚至更大，從幾百上千的價(jià)格昂貴價(jià)格到現(xiàn)在幾十元，從有驅(qū)動(dòng)到無(wú)驅(qū)動(dòng)，正真實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)存儲(chǔ)，這些到現(xiàn)都只不過(guò)短短的幾年時(shí)間；相信你手中擁有至少一個(gè)的u盤(pán)。u盤(pán)是一種移動(dòng)存儲(chǔ)器,主要由flash閃存芯片和外殼組成。u盤(pán)除了存儲(chǔ)文件方便隨身攜帶數(shù)據(jù)之外，那 u盤(pán)還能做什么用呢？恐怕這也正是好多朋友經(jīng)常思考的一個(gè)問(wèn)題吧。最初u盤(pán)可作的是dos啟動(dòng)盤(pán)，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用了，不過(guò)還有可用之處，比如做成dos啟動(dòng)盤(pán)，放進(jìn)去ghost工具，來(lái)恢復(fù)ghost系統(tǒng)，也很實(shí)用的，這很適合小u盤(pán)，比如32mb以下的u盤(pán)。目前的好多主板都支持usb-hdd、usb-zip等啟動(dòng)，只要用專門(mén)的軟件，如ultraiso工具，可以直接把iso格式的鏡像系統(tǒng)文件做成啟動(dòng)盤(pán)，安裝操作系統(tǒng)。1.4 u盤(pán)的發(fā)展趨勢(shì)目前最典型和主流的方向是：在u盤(pán)存儲(chǔ)空間上專門(mén)辟出一塊很小的區(qū)域，預(yù)裝(preload)一個(gè)軟件系統(tǒng)，以其來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)引導(dǎo)、查殺病毒、信息加密等各類豐富的功能，甚至能使u盤(pán)在不同的pc系統(tǒng)里成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，以跨平臺(tái)特性來(lái)保護(hù)其數(shù)據(jù)的私密性；而其余主要的存儲(chǔ)空間，則用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。這種u盤(pán)在插入pc系統(tǒng)之后，往往就顯示兩個(gè)盤(pán)符，分別對(duì)應(yīng)上述兩個(gè)相互獨(dú)立的區(qū)域。u盤(pán)還在硬件設(shè)計(jì)上也呈現(xiàn)多功能化的趨勢(shì)，例如通過(guò)一個(gè)單色屏幕，在不必連接pc的情況下顯示u盤(pán)內(nèi)的大約剩余容量，甚至能顯示u盤(pán)內(nèi)存儲(chǔ)的文件名和文件目錄結(jié)構(gòu)等信息。不過(guò)硬件設(shè)計(jì)上的多功能化，目前多數(shù)見(jiàn)諸于國(guó)際展會(huì)上，市面上并不多。多種附加功能設(shè)計(jì)，一些特殊的u盤(pán)附加功能，對(duì)某些用戶群體應(yīng)該有著較強(qiáng)的吸引力；類似查殺病毒、信息加密、平臺(tái)獨(dú)立性、容量顯示等功能，這些功能都可能被將來(lái)的微型移動(dòng)硬盤(pán)等設(shè)備所借鑒。消費(fèi)者面對(duì)的將不只是一個(gè)功能單調(diào)的資料存儲(chǔ)工具，還將是一個(gè)用處多樣、并且充滿情趣的多功能存儲(chǔ)平臺(tái)。第二章 開(kāi)發(fā)工具orcad與pads介紹2.1 orcad講解orcad 是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（eda）軟件系統(tǒng)。其中包括三個(gè)主要部分： （1）鎖定元件信息系統(tǒng)的原理圖輸入器（capture cis）； （2）模擬和混合信號(hào)仿真（pspice a/d）和其高級(jí)分析（pspice aa）； （3）印刷電路板設(shè)計(jì)（layout plus）形成gerber文件可與protel等pcb軟件連接；并與fpga 設(shè)計(jì)系統(tǒng)（fpga studio）有接口，形成了完整的輸入、分析、編輯和制造的全線電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化輔助orcad capture，由于它能夠提供直觀界面和具有豐富的特點(diǎn)，從而使其成為原理圖設(shè)計(jì)輸入的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。orcad capture cis（component information system）是內(nèi)置的元件高級(jí)文檔管理系統(tǒng), 不僅提供capture的完整功能，更是提供了一個(gè)完美的part database的管理接口，它可以通過(guò)microsoft windows 的odbc接口去連結(jié)不同database，整合part database的所有信息。使用這個(gè)功能全面的設(shè)計(jì)輸入工具和管理環(huán)境，可以減少查找和手工輸入元器件資料的時(shí)間及人為的錯(cuò)誤，在繪圖完成后可利用 archive project 選擇要壓縮的相關(guān)檔案類型及其文件名和路徑也可把外部的檔案如零件規(guī)格、相關(guān)程序代碼等等一起壓縮成 .zip 檔，在項(xiàng)目的管理和備份上更加便利。capture為cadence studio系統(tǒng)總體輸入器，利用capture來(lái)連結(jié)orcad layout、allegro pcb layout或其它layout的軟件，來(lái)完成pcb設(shè)計(jì)導(dǎo)出30種平板和分層格式（電路），可用于電路圖、pspice、pcb和可編程器件設(shè)計(jì)，可以建立完整的組件數(shù)據(jù)減少以后出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，提供多重的pld設(shè)計(jì)組件與方式更自動(dòng)的輸入組件所需要的數(shù)據(jù)，讓電路圖產(chǎn)生更多有效的數(shù)據(jù)，更容易與快速的獲得組件數(shù)據(jù)，生成具有報(bào)價(jià)水平的元器件清單netlist、接口等40多種文件，支持所有的公用程序，包括vhdl、spice、epif、pads和pcad/protel/tango等；網(wǎng)上提供了72000個(gè)啟動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以免費(fèi)下載到capture cis中，更彈性的結(jié)合所選擇的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以在odbc支持的環(huán)境中工作產(chǎn)生可分離組件，應(yīng)用到不同區(qū)段的圖表頁(yè)，提高圖表頁(yè)編輯速度；還可方便的設(shè)定信號(hào)屬性參數(shù)流程，提高高速電子的運(yùn)行限制，確保輸出到allegro pcb編輯設(shè)計(jì)器的屬性參數(shù)文件的正確性和有效性。orcad軟件工具的安裝說(shuō)明（1）crack目錄拷貝到硬盤(pán)，用寫(xiě)字板打開(kāi)license.dat文件，將第一行server flexlmhostname any 5280的flexlmhostname改為你的電腦名字后存。（2）在環(huán)境變量（右鍵我的電腦/屬性/高級(jí)/環(huán)境變量）里面新建 名：cds_license_file 值：5280電腦名字（3）開(kāi)始安裝。setup licensing，指定license.dat文件，電腦報(bào)錯(cuò)，不管它，繼續(xù)。電腦提示說(shuō)找不到一個(gè)txt文件，清空這一欄就可以了，next.開(kāi)始安裝產(chǎn)品就可以了。2.2 pads 講解pads（powerlogic與powerpcb）是mentor graphics公司推出的優(yōu)秀eda設(shè)計(jì)軟件，目前已成為眾多eda設(shè)計(jì)軟件中的佼佼者，深受用戶的喜愛(ài)。 pads logic是一個(gè)功能強(qiáng)大的、多頁(yè)的原理圖設(shè)計(jì)輸入工具，為pads layout（原pads layout（powerpcb）提供了一個(gè)高效的、簡(jiǎn)單的、前端設(shè)計(jì)環(huán)境。pads logic提供了在沒(méi)頁(yè)進(jìn)行快速的存取、在線元件編輯和方便的庫(kù)管理，以及快速的幫助向?qū)АＥcpads layout完全的集成提高了原理圖設(shè)計(jì)到pcb設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)化效率，pads logic允許您快速地識(shí)別相應(yīng)的元件放置和精確度。pads logic通過(guò)自動(dòng)的編排管腳和門(mén)的序號(hào)，通過(guò)整個(gè)設(shè)計(jì)連接信號(hào)名，以及使用宏命令自動(dòng)進(jìn)行重復(fù)的任務(wù)，結(jié)束了設(shè)計(jì)輸入的苦差事。pads logic的主要特點(diǎn)如下：（1）易用的undo/redo命令以及快速的編輯（2）詳細(xì)的屬性和設(shè)計(jì)規(guī)則定義和控制（3）簡(jiǎn)單的目標(biāo)選擇選項(xiàng)（4）自動(dòng)對(duì)腳連接功能（5）支持中文字體輸入（6）智能化的輸出pdf文檔格式（7）支持輸出spicenet格式（8）用戶化的字母參考指示（9）生成用戶報(bào)告文件的向?qū)В?0）自動(dòng)的無(wú)縫連接ole pads logic帶有簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)規(guī)則輸入，用來(lái)定義物理設(shè)計(jì)的要求。所有的設(shè)計(jì)規(guī)則都可以自動(dòng)地被傳輸?shù)絧ads layout（powerpcb）中，并可以利用在線的設(shè)計(jì)規(guī)則檢查的功能進(jìn)行監(jiān)視，以確保設(shè)計(jì)的正確性,還一個(gè)強(qiáng)有力的原理圖輸入功能和高效率的特點(diǎn)以保證快速、準(zhǔn)確地完成整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)。復(fù)雜的pcb板、高級(jí)規(guī)則驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)工具，layout（powerpcb）包含了許多高級(jí)的屬性定義功能，它將在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中確保你的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。library module：元器件庫(kù)管理模塊，支持對(duì)庫(kù)文件的添加、刪除，以及對(duì)庫(kù)中元器件封裝符號(hào)的添加、刪除、編輯等操作，支持從pcb文件創(chuàng)建庫(kù)文件的功能。pads軟件工具的安裝說(shuō)明在安裝文件下的找到keygen文件夾下的license.txt文件，把它刪掉，點(diǎn)擊mentorkg.exe文件重新生成license.txt文件，安裝時(shí)載入license文件時(shí)，選中新生成的license.txt文件可按裝成功。第三章 u盤(pán)原理及芯片3.1 u盤(pán)原理3.1.1 usb端口介紹通用串行總線（universal serial bus）是一種快速靈活的接口，當(dāng)一個(gè)usb設(shè)備插入主機(jī)時(shí)，由于usb設(shè)備硬件本身的原因，它會(huì)使usb總線的數(shù)據(jù)信號(hào)線的電平發(fā)生變化，而主機(jī)會(huì)經(jīng)常掃描usb總線。當(dāng)發(fā)現(xiàn)電平有變化時(shí)，它即知道有設(shè)備插入。當(dāng)usb設(shè)備剛插入主機(jī)時(shí)，usb設(shè)備它本身會(huì)初始化，并認(rèn)為地址是0。也就是沒(méi)有分配地址，這有點(diǎn)象剛進(jìn)校的大學(xué)生沒(méi)有學(xué)號(hào)一樣。正如有一個(gè)陌生人闖入時(shí)我們會(huì)問(wèn)“你是什么人”一樣，當(dāng)一個(gè)usb設(shè)備插入主機(jī)時(shí)，它也會(huì)問(wèn)：“你是什么設(shè)備”。并接著會(huì)問(wèn)，你使用什么通信協(xié)議等等。當(dāng)這一些信息都被主機(jī)知道后，主機(jī)與usb設(shè)備之間就可以根據(jù)它們之間的約定進(jìn)行通信。usb的這些信息是通過(guò)描述符實(shí)現(xiàn)的，usb描述符主要包括：設(shè)備描述符，配置描述符，接口描述符，端點(diǎn)描述符等。當(dāng)一個(gè)u盤(pán)括入主機(jī)時(shí)，你立即會(huì)發(fā)現(xiàn)你的資源管理器里多了一個(gè)可移動(dòng)磁盤(pán)。3.1.2 usb傳輸協(xié)議由于usb最初在設(shè)計(jì)時(shí)，即是為了能夠針對(duì)具備如傳輸率、響應(yīng)時(shí)間以及錯(cuò)誤幀錯(cuò)等特性的許多不同的外圍類型來(lái)加以考慮的。而其中，包含了4種數(shù)據(jù)傳輸，每一種傳輸能夠掌握不同的需求。在此，根據(jù)不同外圍設(shè)備的類型與應(yīng)用，定義了4種傳輸類型，分別是控制傳輸（control transfer）、中斷傳輸（interrupt transfer）、批量傳輸（bulk transfer）以及等時(shí)傳輸（isochronous transfer）。其中，需要特別注意的是低速設(shè)各僅支持控制傳輸與中斷傳輸。 控制傳輸是usb傳輸中最重要的傳輸類型，只有正確執(zhí)行控制傳輸后，才能進(jìn)一步執(zhí)行其他的傳輸類型。這種傳輸是用來(lái)提供給介于主機(jī)與設(shè)備之間的配置、命令或狀態(tài)的通信協(xié)議之用的。控制傳輸能夠使能主機(jī)去讀取與此設(shè)備相關(guān)的信號(hào)，并去設(shè)置設(shè)備地址，以及選擇配置與其他的設(shè)置等。此外，控制傳輸也能夠送出自定義的要求，針對(duì)性的送出與接收數(shù)據(jù)到達(dá)目的地。因此須以雙向傳輸來(lái)達(dá)到這個(gè)要求。當(dāng)然，所有的usb設(shè)備必須支持控制傳輸。中斷傳輸原本屬于單向傳輸（in），現(xiàn)已屬于雙向傳輸，增加了（out）的傳送模式。這是由于最早在開(kāi)發(fā)usb外圍設(shè)備時(shí)，先以人工接口設(shè)備為設(shè)計(jì)考慮，其數(shù)據(jù)只須做輸入傳輸，如鼠標(biāo)或鍵盤(pán)等設(shè)備。而由于usb不支持硬件的中斷，所以必須靠pc主機(jī)以周期性的方式加以查詢，以便獲知是否有設(shè)備需要傳送數(shù)據(jù)給pc。如果因?yàn)殄e(cuò)誤而發(fā)生傳送失敗的話，可以在下一個(gè)查詢的期間重新再傳送一次。批量傳輸屬于單向或雙向的傳輸。顧名思義，這類型的傳輸用來(lái)傳送大量的數(shù)據(jù)。這些大量的數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確地加以傳輸，但相對(duì)的卻無(wú)傳輸速度上的限制（即沒(méi)有固定傳輸?shù)乃俾剩?。例如，送出一個(gè)文件給打印機(jī)，或是從掃描機(jī)掃描一張圖片，并傳送至pc主機(jī)上。這是由于批量傳輸是針對(duì)未使用到usb帶寬來(lái)向主機(jī)提出要求的。如此，須根據(jù)目前的總線的擁擠狀態(tài)或是可用的帶寬，以所有可使用到的帶寬為基準(zhǔn)，不斷地調(diào)整本身的傳輸速率。因此，如果總線上充滿了具備保證帶寬的其他傳輸?shù)脑挘绲葧r(shí)傳輸或是中斷傳輸，那么批量傳輸就必須持續(xù)地加以等待。反之，如果整個(gè)總線是處于閑置狀態(tài)的話，批量傳輸就可以傳輸?shù)梅浅？?。等時(shí)傳輸可以是單向或雙向的傳輸。此種傳輸需要維持一定的傳輸速度，因此相對(duì)的就須犧牲些微錯(cuò)誤的發(fā)生。而它采用了預(yù)先與pc主機(jī)協(xié)議好的固定帶寬，以確保發(fā)送端與接收端的速度能相互吻合。換而言之，就算發(fā)生了傳輸上的錯(cuò)誤，也不會(huì)重新傳送。應(yīng)用這類型傳輸?shù)脑O(shè)各有：usb麥克風(fēng)、喇叭或是ccd等設(shè)備，如此可以確保播放的頻率或是傳輸?shù)挠跋癫粫?huì)被扭曲。3.1.3 u盤(pán)原理u盤(pán)原理的基本工作也比較簡(jiǎn)單：usb端口負(fù)責(zé)連接電腦，輸入電壓為5v，但芯片接受電壓為3.3v，所以用u1(如下一章的4.1圖，u1為電壓轉(zhuǎn)換電源、con1為usb接口)電源進(jìn)行電壓的轉(zhuǎn)化，vcc為電源接地，gnd接地，d+、d-是數(shù)據(jù)輸入或輸出的通道；主控芯片負(fù)責(zé)各部件的協(xié)調(diào)管理和下達(dá)各項(xiàng)動(dòng)作指令，并使計(jì)算機(jī)將u盤(pán)識(shí)別為“可移動(dòng)磁盤(pán)”，主芯片就是u盤(pán)的“大腦”；flash芯片與電腦中內(nèi)存條的原理基本相同，是保存數(shù)據(jù)的實(shí)體，其特點(diǎn)是u盤(pán)flash芯片屬于電擦寫(xiě)電門(mén)，在通電以后改變狀態(tài)，不通電就固定狀態(tài)，所以斷電以后資料能夠長(zhǎng)期保存；pcb底板是負(fù)責(zé)提供相應(yīng)處理數(shù)據(jù)平臺(tái)，且將各部件連接在一起。當(dāng)u盤(pán)被操作系統(tǒng)識(shí)別后，使用者下達(dá)數(shù)據(jù)存取的動(dòng)作指令后，usb移動(dòng)存儲(chǔ)盤(pán)的工作便包含了這幾個(gè)處理過(guò)程。在源極和漏極之間電流單向傳導(dǎo)的半導(dǎo)體上形成貯存電子的浮動(dòng)棚。浮動(dòng)?xùn)虐粚庸柩趸そ^緣體。它的上面是在源極和漏極之間控制傳導(dǎo)電流的選擇/控制柵。數(shù)據(jù)是0或1取決于在硅底板上形成的浮動(dòng)?xùn)胖惺欠裼须娮?。有電子?，無(wú)電子為1。閃存就如同其名字一樣，寫(xiě)入前刪除數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化。具體說(shuō)就是從所有浮動(dòng)?xùn)胖袑?dǎo)出電子。即將有所數(shù)據(jù)歸“1”。寫(xiě)入時(shí)只有數(shù)據(jù)為0時(shí)才進(jìn)行寫(xiě)入，數(shù)據(jù)為1時(shí)則什么也不做。寫(xiě)入0時(shí)，向柵電極和漏極施加高電壓，增加在源極和漏極之間傳導(dǎo)的電子能量。這樣一來(lái)，電子就會(huì)突破氧化膜絕緣體，進(jìn)入浮動(dòng)?xùn)拧Ｗx取數(shù)據(jù)時(shí)，向柵電極施加一定的電壓，電流大為1，電流小則定為0。浮動(dòng)?xùn)艣](méi)有電子的狀態(tài)（數(shù)據(jù)為1）下，在柵電極施加電壓的狀態(tài)時(shí)向漏極施加電壓，源極和漏極之間由于大量電子的移動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生電流。而在浮動(dòng)?xùn)庞须娮拥臓顟B(tài)（數(shù)據(jù)為0）下，溝道中傳導(dǎo)的電子就會(huì)減少,實(shí)現(xiàn)讀、存，擦、寫(xiě)等功能。3.2 u盤(pán)的文件系統(tǒng)與芯片3.2.1 u盤(pán)文件系統(tǒng)優(yōu)盤(pán)上的數(shù)據(jù)按照其不同的特點(diǎn)和作用大致可分為5 部分：mbr 區(qū)、dbr 區(qū)、fat 區(qū)、fdt區(qū)和data 區(qū)。（1）主引導(dǎo)記錄(mbr)絕對(duì)扇區(qū)號(hào)為：mbr_lba=0x00000000 處是主引導(dǎo)記錄,等同位于硬盤(pán)的0 磁道0 柱面1 扇區(qū)。在總共512 字節(jié)的主引導(dǎo)扇區(qū)中，mbr 只占用了其中的446個(gè)字節(jié)（ofs:0 - ofs:1bdh），另外的64個(gè)字節(jié)（ofs:1beh - ofs:1fdh）交給了dpt(disk partition table 盤(pán)分區(qū)表),最后兩個(gè)字節(jié)“55 aa”（ofs:1feh - ofs:1ffh）是分區(qū)的結(jié)束標(biāo)志。系統(tǒng)引導(dǎo)記錄(dbr)絕對(duì)扇區(qū)號(hào)為：dbr_lba=mbr.pt0.relativesectors 處是dbr,等同位于硬盤(pán)的0 磁道1柱面1 扇區(qū)(512 字節(jié)),是操作系統(tǒng)可以直接訪問(wèn)的第一個(gè)扇區(qū)，它包括一個(gè)引導(dǎo)程序和一個(gè)被稱為bpb（bios parameter block）的本分區(qū)參數(shù)記錄表。引導(dǎo)程序的主要任務(wù)是當(dāng)mbr將系統(tǒng)控制權(quán)交給它時(shí)，判斷本分區(qū)跟目錄前兩個(gè)文件是不是操作系統(tǒng)的引導(dǎo)文件（以dos為例，即是io.sys 和msdos.sys）。如果確定存在，就把其讀入內(nèi)存，并把控制權(quán)交給該文件。bpb 參數(shù)塊記錄著本分區(qū)的起始扇區(qū)、結(jié)束扇區(qū)、文件存儲(chǔ)格式、硬盤(pán)介質(zhì)描述符、根目錄大小、fat 個(gè)數(shù)，分配單元的大小等重要參數(shù)。（2）文件分配表(fat)絕對(duì)扇區(qū)號(hào)為：fat_lba = dbr_lba + bpb_wreservedsec 處是文件分配表，是dos 文件組織結(jié)構(gòu)的主要組成部分。我們知道dos 進(jìn)行分配的最基本單位是簇。文件分配表是反映硬盤(pán)上所有簇的使用情況，通過(guò)查文件分配表可以得知任一簇的使用情況。dos 在給一個(gè)文件分配空間時(shí)總先掃描fat，找到第一個(gè)可用簇，將該空間分配給文件，并將該簇的簇號(hào)填到目錄的相應(yīng)段內(nèi)。即形成了“簇號(hào)鏈”。fat 就是記錄文件簇號(hào)的一張表。fat 的頭兩個(gè)域?yàn)楸Ａ粲?，?duì)fat12 來(lái)說(shuō)是3 個(gè)字節(jié)，fat16 來(lái)說(shuō)是4 個(gè)字節(jié)。其中頭一個(gè)字節(jié)是用來(lái)描述介質(zhì)的，其余字節(jié)為ffh。介質(zhì)格式與bpb 相同。（3）文件目錄表(fdt)絕對(duì)扇區(qū)號(hào)為：fdt_lba = fat_lba + bpb_bnumfats * bpb_wsecperfat 處是文件目錄表，dos 文件組織結(jié)構(gòu)的又一重要組成部分 。文件目錄分為兩類：根目錄，子目錄。根目錄有一個(gè)，子目錄可以有多個(gè)。子目錄下還可以有子目錄，從而形成“樹(shù)狀”的文件目錄結(jié)構(gòu)。子目錄其實(shí)是一種特殊的文件，dos 為目錄項(xiàng)分配32 字節(jié)。（4）數(shù)據(jù)區(qū)(data) 數(shù)據(jù)區(qū)絕對(duì)扇區(qū)號(hào)根目錄絕對(duì)扇區(qū)號(hào)（32根目錄中目錄項(xiàng)數(shù)）/ 每扇區(qū)字節(jié)數(shù)表達(dá)式：data_lba = fdt_lba +（ 32 * bpb_wrootentry ）/ bpb_wbytespersec。3.2.2 u盤(pán)芯片介紹u盤(pán)內(nèi)部的芯片有主芯片、nand flash芯片。（1）主芯片u盤(pán)主芯片可以是多種型號(hào)的，但在這里使用的是i5060-z（icreate5060-z）芯片，3.2.1圖是i5060-z芯片。圖3.2.1 i5060-z芯片i5060 - z是一種單芯片的usb閃存盤(pán)控制器，可以處理多達(dá)4 nand flash芯片。它兼容usb 1.1的，也符合usb 2.0兼容。i5060 - z是閃光的設(shè)計(jì)與很多高科技接口技術(shù)的結(jié)合，提供磨損控制和快速切換糾錯(cuò)編碼，這提高磁盤(pán)的壽命。對(duì)于數(shù)據(jù)安全性，i5060 z支持多級(jí)保護(hù)機(jī)制。在低保護(hù)大的狀態(tài)時(shí)，磁盤(pán)中的數(shù)據(jù)完全訪問(wèn)，此時(shí)，磁盤(pán)是只讀，保護(hù)免受病毒和意外的文件清除。在高保護(hù)水平，硬盤(pán)上的數(shù)據(jù)不能訪問(wèn)。在usb大容量存儲(chǔ)協(xié)議中也支持scsi協(xié)議。支持多操作系統(tǒng)平臺(tái)windows 98/me/2k/xp、macos 9.0以上、linux 2.4以上操作系統(tǒng) 。i5060-z芯片具有如下特征： a系統(tǒng)功能兼容usb 1.1和usb 2.0兼容，支持usb-zip/usb-hdd開(kāi)機(jī)。b多級(jí)安全保護(hù)支持只讀權(quán)限和不可讀權(quán)限，98/me/2k/xp與windows兼容 ，配置可移動(dòng)或固定驅(qū)動(dòng)器類型在windows 支持獨(dú)有的序號(hào)為每個(gè)磁盤(pán)支持自定義的磁盤(pán)的id最終用戶，讀取速“1000k字節(jié)/秒寫(xiě)入速度“80萬(wàn)字節(jié)/秒寫(xiě)保護(hù)開(kāi)關(guān)準(zhǔn)備/忙發(fā)光二極管。c閃光控制支持32兆到2gb的nand flash型閃存，并且連接多達(dá)4個(gè)閃存芯片，磨損控制時(shí)間延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命，擁有的塊隱瞞缺陷和動(dòng)態(tài)缺陷塊處理可支持高速ecc糾錯(cuò)增強(qiáng)可靠性。d芯片硬件 芯片上電源電壓檢測(cè)復(fù)位，3.3v單電源供電，6mhz的外部時(shí)鐘的低電平，32針tsop輸入管腳。i5060-z芯片各個(gè)管腳的功能自己作用，如表3.2.1管腳編號(hào)管腳名稱管腳作用功能usb（2個(gè)管腳）25dpls模擬usb總線d+24dmns模擬usb總線d-時(shí)鐘（2引腳）9osci時(shí)鐘輸入6mhz的晶體輸入8osco時(shí)鐘輸出6mhz的晶體輸出flash（17引腳）3、5、4、6、11、12、13、14fd7,fd6,fd5,fd4,fd3,fd2,fd1, fd0i / o緩沖區(qū)的4ma電流驅(qū)動(dòng)能力nand flash雙向數(shù)據(jù)總線信號(hào)30 、29、 28、27fce3, fce2,fce1, fce0與schmitt觸發(fā)器輸入低電平芯片信號(hào)啟動(dòng)nand flash15fcle輸出緩沖區(qū)4ma電流驅(qū)動(dòng)能力指令傳輸?shù)絥and flash16fale尋址20fren低電平時(shí)能使nand flash信號(hào)被讀取21fwen低電平時(shí)能使信號(hào)有效寫(xiě)入nand flash中18frdyst輸入與schmitt輸入到內(nèi)部觸發(fā)器pu與nand flash連接交互系統(tǒng)控制引腳17ppui / o緩沖區(qū)的4ma電流驅(qū)動(dòng)能力該引腳控制可編程上拉的dpls，是連接到dpls通過(guò)1.5k電阻32led輸出緩沖區(qū)8ma電流驅(qū)動(dòng)能力該引腳控制led（發(fā)光二級(jí)管）。工作時(shí)led閃爍，空閑時(shí)暗。電源和地（9針）7, 19, 22vdd電源3.3v power10, 31vss接地接地1, 26vdda電源3.3v的模擬電源2, 23vssa接地模擬接地表3.2.1 （2）nand flash芯片u盤(pán)的nand flash芯片也就是存儲(chǔ)介質(zhì)，nand flash 的讀寫(xiě)直接調(diào)用兩個(gè)函數(shù)readpage（）和writepage（） 即可，他們可以一次寫(xiě)入528個(gè)字節(jié)（51216）的內(nèi)容。但是注意必須在寫(xiě)數(shù)據(jù)之前首先將相應(yīng)的簇擦除，擦除之前又需要先將不覆蓋的數(shù)據(jù)保存。在這里選用k9f5608芯片作為u盤(pán)的存儲(chǔ)介質(zhì)nand flash，如3.2.2圖k9f5608就是芯片的樣式。圖3.2.2 k9f5608芯片各引腳做介紹及作用i/o0i/o7: 引腳用于輸入指令，地址和數(shù)據(jù)，并輸出數(shù)據(jù)在讀取操作。那個(gè)i / o引腳芯片浮動(dòng)大時(shí)，取消選擇或者被禁用。cle：在cle輸入控制的發(fā)送到命令寄存器命令激活路徑。當(dāng)高有效，通過(guò)在we信號(hào)的上升沿/ o端口指令被鎖存到命令寄存器ale：ale輸入控制的地址到內(nèi)部地址寄存器激活路徑。地址鎖存對(duì)上升到ale高的邊緣。ce：輸入設(shè)備選擇控制。當(dāng)設(shè)備處于繁忙狀態(tài)時(shí)，輸入設(shè)備選擇控制被忽略， 該設(shè)備不返回到待機(jī)模式在程序或清除操作。re：可再生能源輸入的串行數(shù)據(jù)輸出控制。we: 在我們輸入控制寫(xiě)入i / o端口。命令，地址和數(shù)據(jù)被鎖存的上升沿wp: wp引腳提供的疏忽寫(xiě)/擦除茶nsitions在電源保護(hù)。內(nèi)部高壓發(fā)電機(jī)重置時(shí)wp引腳低電平。當(dāng)lockpre是一個(gè)邏輯高可濕性粉劑是一個(gè)邏輯低,所有塊進(jìn)入鎖定狀態(tài)。r/b: 輸出顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)?shù)?，則表明一個(gè)程序，刪除或隨機(jī)讀操作完成后，在制造工藝和高回報(bào)的狀態(tài)。輸出不浮動(dòng)高阻狀態(tài)時(shí)，芯片被取消選中或輸出將中止。vccq：電源輸出緩沖區(qū)，內(nèi)部連接至vcc。vcc：電源接口vss：接地n.c:是否是內(nèi)部鏈接dnu：斷開(kāi)lockpre：?jiǎn)⒂煤徒面i定機(jī)制和自動(dòng)讀取電源。當(dāng)lockpre是一個(gè)邏輯高， 塊鎖定模式和上電自動(dòng)讀取模式的啟用，并在lockpre是一個(gè)邏輯低座鎖模式和上電自動(dòng)讀取模式將被禁用。k9f5608芯片有48個(gè)管腳，32m的可存儲(chǔ)空間。該器件采用1.8伏，2.65v電壓下， 3.3伏的vcc。它的與非單元提供了最具成本效益的固態(tài)大容量存儲(chǔ)市場(chǎng)的有效解決方案。一個(gè)程序可以在200ms運(yùn)行，典型表現(xiàn)在528字節(jié)（x8設(shè)備）或264字節(jié)（x16設(shè)備）擦除操作。頁(yè)面中的數(shù)據(jù)可以在50ns為周期時(shí)間讀出（k9f5616q0c：50納秒）每字。在i / o引腳充當(dāng)?shù)刂泛蛿?shù)據(jù)輸入端口/輸出以及命令的輸入。芯片上支持寫(xiě)入控制和擦除所有脈沖重復(fù)，包括在必要的功能，內(nèi)部核查。支持，可以充分利用k9f560c8的可靠性，延長(zhǎng)程序/擦除周期提供ecc錯(cuò)誤糾正代碼與實(shí)時(shí)映射。 32兆字節(jié)的物理空間需要25個(gè)地址，因此需要3個(gè)字節(jié)尋址級(jí)別周期：列地址，行地址低和高行地址。 k9f5608芯片作為u盤(pán)的存儲(chǔ)介質(zhì)具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：1.非易失性特點(diǎn)，所以適合固態(tài)文件存儲(chǔ)及其它便攜式非易失性存儲(chǔ)應(yīng)用。2.支持復(fù)制回收計(jì)劃 ，在復(fù)制回程序配置為迅速有效地重寫(xiě) ，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)陣列內(nèi)的單元到另一個(gè)單元內(nèi) ，同一陣列無(wú)需利用外部存儲(chǔ)器，得到時(shí)間的節(jié)能。由于時(shí)間節(jié)能 ，讀取和刪除系統(tǒng)的性能得到提高。第四章u盤(pán)的封裝與測(cè)試4.1 畫(huà)電路圖及封裝電路圖根據(jù)前幾章介紹的和學(xué)習(xí)可以畫(huà)出u盤(pán)電路圖，如圖4.1。圖4.1 u盤(pán)電路圖首先是打開(kāi)orcad中的capture或capture cis工具新建一個(gè)項(xiàng)目按照電路圖，畫(huà)出兩個(gè)芯片，但必須注意芯片是屬于器件，必須先在place part中調(diào)出一個(gè)類似的芯片，然后在對(duì)這個(gè)芯片進(jìn)行編輯，即選中芯片選擇edit part中畫(huà)出芯片，再刷新就完整畫(huà)出了一個(gè)芯片。畫(huà)好芯片后在個(gè)原件添加到項(xiàng)目中，按照電路圖畫(huà)好，再編輯各個(gè)元件和芯片的pcb footprint名稱，必須與pcb封裝庫(kù)里的名稱相對(duì)應(yīng)，否則不能在pcb中顯示元件，如果一些芯片在pcb封裝庫(kù)里面有，那么必須新建這個(gè)庫(kù)，新建時(shí)必須嚴(yán)格按照芯片對(duì)應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行編輯；最后就是封裝電路圖了，選擇整個(gè)項(xiàng)目，工具中create netlist ，選中other項(xiàng)，再選擇padspcb.dll，再確定這樣就完成了一個(gè)電路圖的封裝了。4.2 畫(huà)pcb及封裝pcb運(yùn)行pads中的pads layout，把封裝好的電路圖導(dǎo)入進(jìn)pads中，畫(huà)出板框，把所有的封裝好的電路圖都放在里面，并且把局布好，在電板分成4層，頂層與底層用來(lái)布線，其他兩層分別作電源和接地用；設(shè)置各個(gè)參數(shù)，如：線寬度，過(guò)孔大小等；最后是按照各個(gè)部件上的走線進(jìn)行連線，注意的是線不能交叉，如要交叉必須打過(guò)孔進(jìn)行走線，布線不能走90度的直角，畫(huà)好后進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)，用工具中的檢驗(yàn)設(shè)計(jì)選項(xiàng)對(duì)pcb的安全間距和連通性進(jìn)行檢測(cè)，再用工具中的比較/ceo工具對(duì)封裝好的電路圖與pcb作比較，看是否相符合；完成后進(jìn)行pcb的封裝，如圖4.2.圖4.2 pcb封裝圖4.3封裝及調(diào)試u盤(pán)所需硬件：確保pcb正確的情況下，就是聯(lián)系廠家加工成電路板了，還需要購(gòu)買主芯片與和flash芯片、一把電烙鐵、焊錫若干。所需軟件：相應(yīng)的u盤(pán)套件量產(chǎn)工具，還要有一定的動(dòng)手能力。開(kāi)工：1、本例以icreat5060主芯片方案的u盤(pán)電路板為例，首先把主芯片與usb接口焊在電路板上如圖4.3。圖4.3 2、找到閃存以k9f5608的第1腳（就是有個(gè)小坑的一邊），對(duì)準(zhǔn)u盤(pán)電路板的第一腳標(biāo)志帖上去，各個(gè)腳與電路板上的銅箔一定要對(duì)準(zhǔn)，有條件的可以涂一點(diǎn)松香水方便焊接，再用電烙鐵將flash的周圍四個(gè)引腳加錫固定，如果引腳沒(méi)有對(duì)齊，可以再調(diào)整，確認(rèn)對(duì)準(zhǔn)了之后，在flash的引腳上搪滿焊錫，用“拖焊”的方法把閃存焊到電路板上。如圖4.4。圖4.43、把這個(gè)半成