FLASH控制器设计 | Phillweston Blog

AI summary

本文讨论了Flash控制器的设计，分为两部分。第一部分介绍了Flash操作的步骤，包括检测WIP、读取设备ID、擦除和编程等操作，并详细描述了控制器的架构设计和实现。第二部分则探讨了通过选择器控制常用指令的整体设计架构，分析了各个指令的功能实现及其在Flash操作中的应用。最后，文中还进行了设计分析和测试验证，确保Flash操作的顺序和正确性。

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Oct 11, 2024 02:48 PM

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Flash控制器第一部分

在各个命令可以实现的情况下（WREN/RDID/BE/RDSR PP/READ/SE），考虑SPI协议控制各个命令，完成Flash操作：

先考虑如果能正常实现Flash操作（按照M25P16执行规则：先BE/SE/再PP/最后READ），进行控制各个模块的实现。

步骤：（注：在进行新的指令之前，都需要检测WIP）

检测WIP，判断Flash是否在工作（Flash忙/不忙），可以忽略…

读器件ID

判断ID正确性（ID正确再去完成Flash操作，ID不正确就不能对Flash进行操作）

检测WIP（完成RDSR指令，检测接收数据最低位（WIP=0/1））

等待WIP（判断WIP=1时）

Flash处于空闲状态（WIP=0）

扇区/块擦除（SE/BE），先进行WREN，再进行SE/BE

检测WIP（完成RDSR指令，检测接收数据最低位（WIP=0/1））

页编程（PP：WIP=0），先进行WREN，再进行PP

检测WIP（完成RDSR指令，检测接收数据最低位（WIP=0/1））

读数据（READ：WIP=0），直接读数据即可。

检测WIP（完成RDSR指令，检测接收数据最低位（WIP=0/1））

一：架构设计

flash_ctrl输入就很多，比如输入可以有读ID指令，PP指令，读数据指令或者擦除指令…

将各种各样的指令经过分析，然后把指令分配给SPI发送器和接收器去执行，由于指令较多，如果发送的指令为读ID指令，那么控制器接收到外部的读ID指令，应该首先将CS_N信号拉低，拉低后把RDID指令给到SPI发送器（en_tx），等待SPI发送器发送完RDID指令后，立刻启动SPI接收器（en_rx），然后等待SPI接收器接收第一个字节数据，然后继续接收第二个字节和第三个字节数据，看Flash_ctrl接收过来的数据是不是ID数据就完事了。

控制器分析（flash_ctrl）：

复位结束后，第一件事考虑读ID的指令，先判断当前flash正确/不正确，所以读ID指令，就要分成好几个步骤，第一个步骤把RDID指令先发送出去（启动一次发送器），然后接收RDID，分为为RDrx1，RDrx2，RDrx3，等把这三个字节数据接收完成后，然后再去判断当前ID的正确性，如果ID正确，那么使得Flash进入到IDLE状态（空闲），其实才开始正题，看看到底是写/读/擦除，如果是读那就很简单，第一件事就是发送READ的指令，然后发送3个字节地址，最后读取数据即可。读取完数据后也让Flash回到空闲状态IDLE，对于写而言，因为现在不考虑写保护区，如果来写，必须先擦除当前区域，擦除没有页擦除，只有扇区擦除或者块擦除，那么当前区域需不需要擦除，如果要完成擦除，第一步打开写使能，然后第二步擦除，第三步检测WIP，因为你也不知道擦除有没有完成，检测完WIP以后（WIP=0），再次完成写操作，第一步打开写使能，然后第二步再写，第三步检测WIP（WIP=0），写操作完成，最后flash回到空闲状态IDLE。

控制器实现（flash_ctrl）：

采用FSM实现。

BE和PP测试

READ测试

下板验证1：处于块擦除进程中（WIP=1），等待擦除和写数据。

下板验证2：读取写入数据（0地址：8’h55）

Flash控制器第二部分

通过Flash控制器来控制各个指令能够实现的情况下，使其完成M25P16手册执行规则。

讨论下述的架构：采用选择器来对其常用的指令进行控制。

（WREN/RDID/RDSR/PP/SE/BE/READ）。

整体设计架构

pp_en（启动）和pp_done（完成）：wren_en和wren_done（xx_en和xx_done）。

每个指令模块中都会存在xx_en和xx_done。

在上述正题设计架构中，再次分为3个部分进行讨论：

（1）：选择器和SPI协议间的

（2）：选择器和各个指令间的

（3）：控制器和各个指令间的

通过多路选择器选择对应的指令

各个指令间

wr_len：写入Flash的数据长度

read_len：读取Flash的数据长度

设计分析1

各个指令功能实现（WREN/RDID/RDSR/SE/BE/PP/READ）

WREN指令实现

当前写使能模块接收到wren_en信号后，需要发送对应的使能wren_send_en和数据wren_send_data[7:0]，等待发送完成后spi_send_done，等待需要发送wren_done信号。

BE指令实现

SE指令实现

由于WREN/BE/SE指令只需要SPI发送器，所以在处理起来动作一致，以SE指令为例进行分析：

当前扇区擦除模块接收到se_en信号后，需要发送对应的使能se_send_en和数据se_send_data[7:0]，等待发送完成后spi_send_done，需要再次发送3个字节地址（高字节，中间字节和低字节地址）。全部发送完成后，需要发送se_done信号。

RDID指令实现

当前读ID模块接收到rdid_en信号后，需要发送对应的使能rdid_send_en和数据rdid_send_data[7:0]，等待发送完成后spi_send_done，需要读取3个字节ID，包括高8位ID，中间8位ID和低8位ID（24’h202015/24’hEF4015）。ID全部读完后，需要检测ID的正确性。

RDSR指令实现

当前读状态寄存器模块接收到rdsr_en信号后，需要发送对应的使能rdsr_send_en和数据rdsr_send_data[7:0]，等待发送完成后spi_send_done，需要读取一个字节数据。

WIP：正在进行进程中。如果WIP=1，代表在进程中；如果WIP=0，代表进程结束，所以建议在进行新的指令前，需要检测一次WIP。

如果检测时WIP=1，需要等待一段时间（详见手册），然后再次读取WIP位，直到WIP=0为止（在WRSR/PP/SE/BE时）。

PP指令功能实现

当前页编程模块接收到pp_en信号后，需要发送对应的使能pp_send_en和数据pp_send_data[7:0]，等待发送完成后spi_send_done，接着继续发送3个字节地址，包括高字节地址，中间字节地址和低字节地址，最后需要发送写入Flash的数据（最多不超过256个）。

READ指令功能实现

当前读数据模块接收到read_en信号后，需要发送对应的使能read_send_en和数据read_send_data[7:0]，等待发送完成后spi_send_done，接着继续发送3个字节地址，包括高字节地址，中间字节地址和低字节地址，最后读取Flash的数据（从基地址一直读取数据直到最后一个地址：保证最后一个地址上有数据）。

当前READ模块主要完成对Flash的数据读取（读取的数据写入FIFO中）。

设计分析2

多路选择器功能实现（7选1选择器）

WREN/RDID/RDSR/BE/SE/PP/READ都有发送器，RDID/RDSR/READ都有接收器。

Flash控制器(sel:0/1/2/3/4/5/6)	Mux7_1（多路选择器:用于选择哪一个指令）	说明
0:WREN	spi_send_en=wren_send_en;spi_send_data=wren_send_data;	只有SPI发送器
1:RDID	spi_send_en=rdid_send_en;spi_send_data=rdid_send_data;spi_rec_en=rdid_rec_en;	不仅有SPI发送器,还有SPI接收器
2:RDSR
3:BE
4:SE
5:PP
6:READ