基于TMS320C54x的便携存储设备设计

摘 要：本文介绍了一种以TMS320C54x为核心的移动存储终端，终端中使用NANDFlash作为存储器件。讨论了TMS320C54x对NANDFlash的编程以及接口设计。
关键词：DSP；NAND；Flash

引言
移动存储终端包括手机、掌上电脑、PDA和数码相机等手持设备及各种信息家电。在这类产品中既要结合存储功能，又需要具备一定的信号处理能力，因此基于DSP芯片的设计方案成为这些产品的主流方案。同时，为了降低产品成本，采用具有较高容量/价格比的NAND Flash存储芯片也成为移动存储设备的首选。本文介绍在基于TMS320C54x的移动存储设备中，NAND Flash的设计和应用。

系统构成
本系统以TMS320C5409作为核心芯片，完成控制和信号处理功能。使用两块内存芯片：Intel公司的4MB Flash芯片28F004B3存放系统的启动代码，采用Samsung公司的NAND Flash芯片作为用户数据的存储芯片。
TMS320C5409
TMS320C5409是一款定点DSP芯片，其主要应用是无线等通信系统。它的主要特点包括：(1)运算速度快。(2)具有优化的CPU结构。(3)具有低功耗方式。(4)具有较多的智能外设。除了标准的串行口和时分复用(TDM)串行口外，还提供了自动缓冲串行口BSP和与外部处理器通信的HPI(Host Port Interface)接口。BSP可提供2K字数据缓冲的读写能力，从而可以降低处理器的额外开销，即使在IDLE方式下，BSP也可以全速工作。HPI可以与外部标准的微处理器直接接口。同时，还具有I/O口等控制信号。
NAND Flash
在移动存储设备中，由于NAND的存储容量大，因此得到了广泛的应用。本系统采用Samsung公司的NAND Flash芯片K9F5608U0M-YCB0进行存储。该芯片存储容量为32MB，其中主数据区为32MB，辅助数据区为1MB，工作电压为2.7~3.6V，I/O端口宽度为8位。
NAND Flash芯片的内存按页和块的结构组织，其中每个数据页内有528个字节，前512个字节为主数据存储器，存放用户数据，后16个字节为辅助数据存储器，存放ECC代码，坏块信息和文件系统代码。每个数据块包含32个页，一片K9F5608U0M包括2048个块。
NAND Flash芯片内有一个容量为528字节的静态寄存器，称为页寄存器，用来在数据存取时作为缓冲区使用。编程数据和读取的数据可以在寄存器和存储阵列中按528个字节的顺序递增访问。当对芯片的某一页进行读写时，其数据首先被转移到该寄存器中，通过这个寄存器和其它芯片进行数据交换，片内的读写操作由片内的处理器自动完成。
NAND Flash的接口引脚分为三类：数据引脚、控制引脚和状态引脚。其中数据接口高度复用，既用作地址总线，又用作数据总线和命令输入接口。本系统采用的芯片有8个I/O数据引脚(I/O1~I/O8)，用来输入/输出地址、数据和命令。控制NAND Flash的控制引脚有5个，其中CLE和ALE分别为命令锁存使能引脚和地址锁存使能引脚，用来选择I/O端口输入的是命令还是地址。/CE、/RE和/WE分别为片选信号，读使能信号和写使能信号。状态引脚R/B表示设备的状态，当数据写入、编程和随机读取时，R/B处于高电平，表明芯片正忙，否则输出低电平。

系统连接及配置
TMS320C5409具有16根数据总线和23根地址总线，可以对memory和I/O口进行扩展。由于NAND Flash的存储速度较慢，因此使用I/O空间对其进行访问。CLE和ALE 分别由地址线A1和A0控制，NAND Flash对应的映射地址如表1所示。
DSP采用XF作为NAND Flash的片选信号。状态输出信号R/B与BIO相连，作为DSP对NAND Flash的状态监控。DSP与NAND Flash的连接关系如图1所示。
由于NAND Flash中的程序无法直接运行，因此需要将程序代码存储在其它芯片中。系统采用Intel Flash芯片28F004B3作为boot区域使用，按照扩展memory对其进行访问。连接关系也如图1所示。
系统启动时，C5409芯片的boot流程将Flash芯片28F004B3中的可执行代码搬移到片内RAM中，然后在DSP片内运行程序。上电后自动进入读模式状态，利用XF作为控制引脚对NAND Flash进行片选，可以根据系统的各种请求读写用户数据。

读写控制的实现
NAND Flash主要用于大块的数据存储，因此数据读写都是基于页的。在程序中，由于NAND Flash的宽度为8 bit，因此DSP进行读写时只利用C5409数据线的低8bit。对于NAND Flash而言，通常只处理其主数据区的512个字节，辅助数据区不使用。在以文件为基础的存储产品中我们需要对辅助数据区进行处理。同时由于NAND Flash允许芯片中存在坏块，因此在读写时需要绕过。
本系统使用NAND Flash的基本操作有以下三种：读一页数据，写一页数据，块擦除。在这几种方式下，每次的地址配置，其页内地址A0~A7均为0，A9~A24选定所在的页。
DSP读数据时，首先置低XF，对NAND Flash进行片选，然后向I/O端口0x0001发送read命令，配置完read命令后，向I/O端口0x0002发送地址信号，对地址进行选定。此后从I/O端口0x0000连续进行512个字节的读操作，完成对整个页的读取。最后拉高XF。
DSP写入NAND Flash的操作也以页为基本单位，首先置低XF片选NAND Flash，然后向I/O端口0x0001发送写入命令，进行地址配置，再向I/O端口0x0000写入一个字节。每写入一个字节后都循环读取状态寄存器的值，判断NAND芯片I/O的第6位，如果为低，则芯片正忙，如果为高，则写完数据，这时可以继续下一个字节的写入操作。
DSP对NAND Flash的擦除以块为基础，即一次擦除32页，地址由NAND Flash地址中的A14~A23确定。由于系统中利用R/B和DSP的/BIO相连，因此也可以利用对BIO进行检测来判断是否写完或擦除完毕。块擦除的流程如图2所示。

结语
本系统中，利用DSP来进行控制和信号处理，利用与NAND Flash的简单连接实现大量数据的存储。在此基础上，可以根据需要完成对各种信号的处理和存储，从而构成一个相对独立、便携的设备。低端设备中对数据的完备性要求较低，因此本系统中省略了对坏块的处理和ECC处理，在扩展SM卡等设备中可以增加这些功能。■

参考文献
1 Datasheet of K9F5608U0M-YCB0,http://www.samsung.com,2000
2 TMS32054x Volume 1: CPU and Peripherals (literature number SPRU131) Texas Instruments
3 Datasheet of TMS320vc5409 (SPRS082C)，Texas Instruments
4 张雄伟. DSP芯片的原理与开发应用(第三版). 北京：电子工业出版社，2003