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文檔簡介
1、常用存儲器芯片設(shè)計指南現(xiàn)代通訊產(chǎn)品中,各種存儲器的應(yīng)用已經(jīng)是越來越廣泛,可以這么說,產(chǎn)品中包含的存儲器的特性的好壞,直接關(guān)系到產(chǎn)品整體性能。因此,存儲器芯片的設(shè)計,在通訊產(chǎn)品的設(shè)計中,也顯得愈發(fā)重要。目前在通訊產(chǎn)品中應(yīng)用的存儲器,主要有FLASH、SSRAM、SDRAM、串行PROM等,由此延伸出去還有在接口電路中經(jīng)常應(yīng)用的FIFO、雙口RAM等,下面的內(nèi)容就是這些常用存儲器芯片的原理介紹和在產(chǎn)品中的設(shè)計指南。FLASH介紹一、BOOT ROM簡介 我們在CPU最小系統(tǒng)中一般采用AM29LV040B-90 / SST39VF040-90-4C-NH (代碼:10300067,512kB,8位總
2、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,實現(xiàn)CPU系統(tǒng)的自舉。當(dāng)系統(tǒng)上電后,CPU首先運行BOOT ROM中的程序,完成對CPU系統(tǒng)的初始化。圖1 AM29LV040B-90 / SST39VF040-90-4C-NH引腳圖該FLASH芯片可在線讀寫,但作為BOOT ROM時,我們一般用燒錄機燒寫入程序,不對其進行在線寫。其讀操作時序如圖2所示。圖2 讀操作時序下面給出一個MPC860最小系統(tǒng)的應(yīng)用例子。圖3 MPC860 BOOT電路圖因為我們不需要在線寫,所以為防止BOOT FLASH的程序被改寫,一般將/WE信號接高電平。MP
3、C860用8位數(shù)據(jù)口的方式訪問BOOT,經(jīng)緩沖之后的數(shù)據(jù)線為BD00-BD07。MPC860地址線使用A31-A13,經(jīng)一級驅(qū)動與BOOT相連。使用/CS0片選端,地址范圍0x0800 00000x0807 FFFF,使用內(nèi)部等待,等待周期為8。BOOT ROM中存放的是系統(tǒng)自舉程序,實現(xiàn)MPC860系統(tǒng)的自舉。當(dāng)系統(tǒng)上電后,MPC860首先運行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)用程序運行;或準備應(yīng)用程序加載,進入調(diào)試狀態(tài)。二:大容量FLASH由于FLASH具有在掉電情況下保
4、持數(shù)據(jù)和容量大的特性,因此在公司的絕大多數(shù)運用中是用在CPU系統(tǒng)中存放系統(tǒng)的應(yīng)用軟件的,其運作過程如下: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條的版本程序被下載到內(nèi)存條中,從而整個軟件就在CPU系統(tǒng)中運行起來,這樣一來可以提高系統(tǒng)運行速度,二來是方便版本的管理。因為一般來說系統(tǒng)支持遠程加載和更新軟件版本的功能,因此一般說來FLASH中必須開辟兩個相同的區(qū)域,分別作為軟件版本的保護和備份,這樣一旦出現(xiàn)在系統(tǒng)動態(tài)加載軟件失敗時,能保證備用軟件版本的正常啟動,使系統(tǒng)不致崩潰。典型介紹生產(chǎn)FLASH的廠商很多,我們將以廣為運用IN
5、TEL的28F128J3A芯片為例子來介紹,使大家對FLASH的操作有一個大致的了解,此芯片單片容量為128MBIT,(16BIT X 8M)。由于此系列的FLASH(28F128J3,28F640J3,28F320J3)的引腳完全兼容,因此可以簡單地通過器件替換提供128MBIT,64MBIT,32MBIT的容量。28F128J3A芯片的管腳簡單,分數(shù)據(jù)總線,地址總線,控制線,電源,地這么幾類;在使用的時候,只需接出使能,片選,寫控制三根控制線即可,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: FLASH 28F128J3A的操作是通過CPU分布各種命令來實現(xiàn)的,其命令
6、是通過數(shù)據(jù)總線,地址總線,控制線呈現(xiàn)某個固定電平構(gòu)成;下表就是28F128J3A所有命令對應(yīng)的各種信號的定義:從上表可以看出28F128J3A大部分命令的實現(xiàn)分為兩步實現(xiàn):例如Block_Erase命令,而普通的讀命令Read_Array只要一步。對于28F128J3A的某些操作,是非常簡單的,例如讀操作:在芯片復(fù)位/上電后芯片默認為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,那么就必須重新發(fā)布Read_Array命令才能讀??;對于其他的操作,尤其是分兩步完成的命令,其操作是通過幾個不同命令組合而成,具有一定的流程,并且在過程中經(jīng)常需
7、要不斷地從FLASH讀取狀態(tài)信息以進行下一步操作來保證操作的正確。在這里舉兩個操作流程的例子,通過這個例子,可以大致了解FLASH的操作:第一個是Read_Status_Register命令,這個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,下圖是進行Read_Status_Register命令的流圖:第二個例子是使用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命令檢查芯片的狀態(tài)信息以判斷下一步:FPGA配置用PROM簡介這類可編程ROM是專為FPGA加載配置所用。其針對不同容量、
8、型號、廠家的FPGA,其存儲大小、性能不盡相同;但其使用的電路、方法、時序基本相同。而且,基本上是只可一次性擦寫。下面就以XILINX公司XC17S00A系列為例介紹一下。圖1 XC17S00A引腳圖FPGA的配置數(shù)據(jù)是事先燒入PROM中的,F(xiàn)PGA采用的是主串行配置方式,上電后FPGA產(chǎn)生配置時鐘給PROM,PROM則按照圖3的時序?qū)PGA進行配置,當(dāng)配置完成后FPGA的DONE信號就不使能PROM。圖2 PROM配置FPGA電路圖3 PROM的配置時序我們公司這類器件沒有一個是通用的,我們不推薦使用PROM配置這種方式。最好用CPU進行FPGA配置,這樣做增加了FPGA版本的靈活性,也大
9、大降低了成本。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,一般需要考慮以下幾個方面:(1)根據(jù)設(shè)計需求、接口芯片的具體要求等確定SSRAM的芯片容量大小、數(shù)據(jù)寬度以及芯片速度等級;(2)根據(jù)以上信息確定SSRAM型號,并盡可能在公司通用件庫中選型;(3)根據(jù)信號定義及信號時序等確定SSRAM及其接口芯片的具體的電路連接關(guān)系。二、SSRAM的電路設(shè)計1、概述一般來說,SSRAM的信號主要包括以下幾部分:數(shù)據(jù)線、地址線、時鐘以及寫使能、輸出使能等控制信號等。在進行具體的電路設(shè)計時,一般只需
10、將這些主要信號與其接口的特定芯片的對應(yīng)信號直接對連即可,對于一些比較特殊的時序要求可以通過EPLD內(nèi)做邏輯實現(xiàn)。對于SSRAM上的一些不用的輸入信號進行適當(dāng)?shù)纳?、下拉處理?、應(yīng)用實例下面以RNC 中的一塊單板ASC上采用的SSRAM為例,來說明SSRAM的具體應(yīng)用。首先根據(jù)設(shè)計要求,ASC單板上的ATM層UNI/NNI管理接口芯片ALM需要一片數(shù)據(jù)寬度為32位的SSRAM作為外部存儲器。綜合考慮ALM外部存儲器所需的容量大小以及目前SSRAM的價格因素及芯片可采購性等各方面因素,可以選擇公司通用件CY7C1381B-100AC(代碼12300217)來實現(xiàn)。 CY7C1381B-100AC數(shù)
11、據(jù)寬度為32位,其信號線主要包括地址線、數(shù)據(jù)線、時鐘和一些控制信號,其具體信號如下表所示。信號類型信號名信號說明處理方式數(shù)據(jù)線DQA0:8數(shù)據(jù)線與其接口芯片直連DQB0:8DQC0:8DQD0:8地址線A0:18地址線與其接口芯片直連時鐘線CLK時鐘輸入,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/OE輸出使能與其接口芯片直連/GW全局寫使能輸入與其接口芯片直連/CE1芯片片選信號下拉CE2上拉/CE3下拉/BWa,/BWb,/BWc,/BWd字節(jié)寫選擇輸入上拉(因為使用/GW信號,/BWa,/BWb,/BWc,/BWd,/BWE將被忽略)/BWE字節(jié)寫使能上拉(理由同上)/ADV
12、有效時,在burst訪問模式時地址自動增加上拉或下拉,可根據(jù)實際需要通過電阻選焊實現(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,接地時選擇線性burst順序,懸空或上拉時選擇交織burst上拉或下拉,可根據(jù)實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的具體接口信號可知,電路連接方面基本上只要將二者數(shù)據(jù)線、地址線、時鐘以及幾個主要控制信號直連,其他的信號做一些上下拉處理即可。如下圖所示,給出了二者接口的電路連接框圖。同時在表1中最后一列也給出了在該例中SSRAM各具體信號的相應(yīng)處理方式。SDRAM
13、應(yīng)用存儲器是容量數(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)的進一步發(fā)展,對于存儲器的容量和性能提出了越來越高的要求。同步動態(tài)隨機存儲器SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)因其容量大、讀寫速度快、支持突發(fā)式讀寫及相對低廉的價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)計是關(guān)鍵。1 SDRAM的主要控制信號和基本命令SDRAM的主要控制信號為:·CS:片選使能信號,低電平有效;·RAS:行地址選通信號,低電平有效;·CAS:列地址選通信號,低電平有效;·WE:寫使能信號,低電平有效。
14、SDRAM的基本命令及主要控制信號見表1。表1 SDRAM基本操作及控制信號命 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 bank and column,and start READ burst)LHLH寫操作(WRITE:Select bank and column,and sta
15、rt 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所有的操作控制信號、輸入輸出數(shù)據(jù)都與外部時鐘同步。一個完備的SDRAM接口很復(fù)雜。對于常規(guī)的SDRAM應(yīng)用來說,處理的事件相對來說比較簡單,因而可以簡化設(shè)計而不影響性能。接口電路SDRAM的主要操作可以分為:初始化操作、讀操作、寫操作、自動刷新操作。(
16、1)初始化操作SDRAM上電一段時間后,經(jīng)過初始化操作才可以進入正常工作過程。初始化主要完成預(yù)充電、自動刷新模式寄存器的配置。(2) 激活操作SDRAM在進行讀寫之前,必須將位于某一個BANK或所有BANK中的行(row)地址進行激活,之后才能進行對相應(yīng)區(qū)域進行讀寫,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SDRAM進行數(shù)據(jù)的存取,在讀寫操作期間,地址線上出現(xiàn)的將是列地址(COLUMN)和BANK選擇地址。讀寫操作可以進行單字節(jié)的操作,也可以進行BURST 操作。(4)刷新操作動態(tài)存儲器(Dynamic RAM)都存在刷新問題。這里主要采用自動刷新方
17、式,每隔一段時間向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,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SDRAM的要求也越來越高,主要體現(xiàn)在容量和速度上的提高,下面以美光公司的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上的一個代表產(chǎn)品,主要特點如下:1) 128MBIT容量: 2M X 16 X 4 BANKS2) 速度有10ns和7ns兩種,最新的還有5ns,支持最高的時鐘頻率可達200MHZ。3) 物理地址線A0-A11總共為12根,行列地址線復(fù)用,其中,行地
18、址線為A0-A11,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)萘繛?MX16bit=128Mbit。4) 內(nèi)部有4個BANK,通過和控制器相應(yīng)的輸出控制線相連,即可實現(xiàn)整個區(qū)間的訪問。下圖是用MOTOROLA的MPC8260和MT8M16相連接的示意圖:其中地址線和數(shù)據(jù)線可以按照常規(guī)的CPU接外設(shè)的方法來實現(xiàn),要注意的是,對于SDRAM來說,行列地址線是復(fù)用的,控制線主要包括:1) 片選CS,選中SDRAM,實際上通過對cpu寄存器的設(shè)置就可以通過該片選信號決定了該SDRAM在CPU的地址空間中的基址2) 時鐘信號。3) 讀寫信號4) 其他:包括數(shù)據(jù)輸出屏蔽,時鐘使能等信號,這些都可以由cpu相應(yīng)的管腳來控制。FIFOFIFO(first in first out memory)是一種先進先出的存儲器,廣泛應(yīng)用于接口電路中的數(shù)據(jù)緩沖,數(shù)據(jù)暫存,在現(xiàn)代通訊產(chǎn)品中,許多數(shù)據(jù)的處理都是要經(jīng)過許多級處理器的樹立階段,在這些階段的結(jié)合過程中,往往需要進行數(shù)據(jù)的緩沖,這時,我們可以充分利用FIFO進行設(shè)計,使得我們的數(shù)據(jù)處理流程能夠更加合理和靈活。FIFO一般分為同步FIFO和異步FIFO,同步FIFO的讀寫都是和讀寫時鐘保持同步的,而異步FIFO的讀寫就沒有時鐘同步的概念了。一般來說,F(xiàn)IFO的主要信號有:ü 讀寫數(shù)據(jù)線:有9位的,也有18位的
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