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基于USB2.0总线的NAND Flash检测及控制方法

电子技术应用

申晓敏，钱礼华，杜剑英，党峰，刘保炜

（中国兵器工业试验测试研究院，陕西华阴 714200）

摘要： 在高速大容量存储装置设计中多采用NAND Flash存储器，针对目前采用串口检测坏块、实现数据读写的方法存在检测速度慢、等待时间长等缺点，提出了基于USB2.0总线的NAND Flash检测与控制方法。利用FPGA逻辑控制功能和高速USB接口芯片设计通信和控制电路，并通过上位机软件实现对Flash的命令、操作控制，由用户通过PC应用程序完成对NAND Flash的读写、擦除检测及坏块标定。经实验应用验证，该方法检测、读写速度快，使用灵活，能准确、有效实现数据的快速读写、擦除及坏块标定，可广泛应用于存储测试装置的设计研制中。

關鍵詞： USB总线 Flash存储器 FPGA 检测

中圖分類號：TP206
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223577
中文引用格式： 申曉敏，錢禮華，杜劍英，等. 基于USB2.0總線的NAND Flash檢測及控制方法[J]. 電子技術應用，2023，49(6)：44-48.
英文引用格式： Shen Xiaomin，Qian Lihua，Du Jianying，et al. NAND Flash detection and control method based on USB2.0 bus[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(6)：44-48.

NAND Flash detection and control method based on USB2.0 bus

Shen Xiaomin，Qian Lihua，Du Jianying，Dang Feng，Liu Baowei

(China Ordnance Industry Test and Testing Institute， Huayin 714200， China)

Abstract： At present, NAND Flash memory is mostly used in the design of high-speed and large-capacity storage device. Aiming at the shortcomings of serial port detection and data reading and writing methods, such as slow detection speed and long waiting time, a NAND Flash detection and control method based on USB2.0 bus was proposed. The communication and control circuit is designed by using FPGA logic control function and high-speed USB interface chip, and the command and operation control of Flash is realized by PC software. The user can complete the reading and writing, erasing detection and bad block calibration of NAND Flash through PC application program. The experimental results show that the method is fast, flexible, accurate and effective in reading, writing, erasing and bad block calibration, and can be widely used in the design and development of storage test devices.

Key words : USB bus；Flash memory；FPGA；detection

0　引言

數據存儲記錄技術一直是航空、航天、兵器領域研究的關鍵技術，隨著彈載、機載飛行器飛行過程中和靶場試驗過程中需要記錄的數據量不斷增加，對存儲測試設備的存儲、讀取速度和數據可靠性提出了更高的要求。而Flash閃存是一種非易失性存儲器，即使在供電電源關閉后仍能保持片內信息。Flash 集其他類非易失性存儲器的特點，與EPROM相比較，閃速存儲器具有成本低、密度大的特點；與其他類型非易失性存儲器相比較，Flash存儲器具有容量大、讀寫速度快、成本低、使用方便等優點，它的這些優點使其在存儲測試領域得到廣泛的應用。但由于Flash芯片在使用前需對所有存儲塊進行遍歷掃描，建立壞塊表，若采用傳統的方法對每個壞塊進行檢測，并建立壞塊表，這種方式在大容量高速存儲陣列中使用會對存儲速度造成影響，且占用大量FPGA資源。同時由于NAND Flash在生產和使用的過程中都有可能產生壞塊，使得系統變得不穩定，且這些壞塊是隨機分布的，故在使用前需對其進行讀寫檢測并標識，以提高Flash存儲器的使用效率和有效利用率，解決Flash芯片的壞塊管理是提高存儲可靠性和存儲速度的關鍵。許多學者探索了各種處理方法，如在FPGA內建RAM塊來存儲壞塊、在FPGA程序執行時跳過對壞塊的操作、使用EPPROM來存儲壞塊信息，這些方法增加了系統硬件資源和軟件的復雜程度，且無法及時處理在使用過程中出現的壞塊，而且對Flash的操作通過串口或串行總線實現，數據傳輸速率低，大大降低了系統工作效率，不適于在高速大容量數據采集存儲設計中的應用。針對以上問題，本文在對Flash工作機理分析和USB芯片選型、接口控制設計的基礎上，提出了基于USB2.0總線的NAND Flash檢測與控制方法，可以實現Flash壞塊的檢測標識和數據的快速傳輸，以及與上位機的通信，為高速大容量數據采集存儲設計提供技術保障。

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作者信息：

申曉敏，錢禮華，杜劍英，黨峰，劉保煒

（中國兵器工業試驗測試研究院，陜西華陰 714200）

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