張鵬

（漢中職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車與機(jī)電工程學(xué)院，陜西漢中，723002）

1 LBC模塊及開發(fā)環(huán)境介紹

LBC（Local Bus Controller）即局部總線控制器，其主要負(fù)責(zé)對外部存貯器的訪問，該控制器提供了到多種類型存貯設(shè)備的接口，同時該控制器負(fù)責(zé)控制八個存貯體（bank），并由二個UPM機(jī)和一個GPCM機(jī)所共享，負(fù)責(zé)與Flash和nvRAM的通訊。

本設(shè)計(jì)的基本開發(fā)環(huán)境，即采用FT2000處理器Local Bus接口的八個存貯體不同片選模式，來訪問外接存儲器Flash和nvSRAM設(shè)備，以此實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的各項(xiàng)讀寫擦等操作。FT2000芯片是一款集成了4個新一代高性能處理器內(nèi)核FTC663的CPU，它采用亂序四發(fā)射超標(biāo)量流水線，兼容64位ARMV8指令集并支持ARM64和ARM32兩種執(zhí)行模式，支持單精度、雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算指令和ASIMD處理指令，支持硬件虛擬化。同時，該芯片適用于構(gòu)建有更高性能、能耗比和安全需要的桌面終端、輕量級服務(wù)器和嵌入式低功耗產(chǎn)品。

2 外接存儲器介紹及配置相關(guān)操作

本設(shè)計(jì)中外接外接Flash（Am29LV256M）和nvSRAM（STK14CA8）存儲設(shè)備。

■2.1 Flash基本概述和操作

設(shè)計(jì)中應(yīng)用 AM29LV256M（16M＊16-Bit/32M＊8Bit）芯片作為通用扇區(qū)Flash存儲器，該款芯片具有高性能，低功耗，單電壓支持讀、擦、寫等優(yōu)點(diǎn)，同時，可通過BYTE引腳置位來選擇支持16bit/8bit寬度的數(shù)據(jù)總線。

在LBC模塊操作的初始化中，F(xiàn)lash支持GPCM（通用片選機(jī)）和UPM（可選寄存器）兩種不同的控制機(jī)模式訪問數(shù)據(jù)，并且，當(dāng)寄存器BRn[7:5]配置為000時，即是GPCM模式，寄存器BRn[7:5]配置為100/101時，即是UPM模式。其中，GPCM模式為簡單、性能較低的存貯器和內(nèi)存映射設(shè)備提供使用接口，其不支持突發(fā)傳輸。在Flash的操作中，還需要對兩個基本的寄存器組BRn和ORn配置，用來定義Flash的基地址和其地址屏蔽位。

而UPM模式可以用來產(chǎn)生較為靈活且用戶定義控制信號的定時操作，該模式還可以通過軟件啟動定義讀、寫、突發(fā)讀或突發(fā)寫期間的外部控制信號。同時，在設(shè)計(jì)Flash操作中用UPM的核心內(nèi)部RAM陣列，并通過這個陣列確定給定時鐘周期在外部存貯器控制信號（字節(jié)選和片選）上驅(qū)動的信號線。

■2.2 nvSRAM概述及操作

設(shè)計(jì)中應(yīng)用STK14CA8（128k＊8）非易失性RAM存貯器作為另一存儲設(shè)備，該芯片具有較高的存貯性能和快速的訪問時間，同時可無限次進(jìn)行Read、Write、Recall等操作。

類似外接設(shè)備Flash的操作，在LBC模塊操作的初始化中，nvSRAM也支持GPCM（通用片選機(jī)）和UPM（可選寄存器）兩種不同的控制機(jī)模式訪問數(shù)據(jù)，且配置寄存器BRn[7:5]的模式也是相同。

其中，在GPCM模式下，首先必須對兩個32位寄存器組基寄存器（BRn）和可選寄存器（ORn）進(jìn)行配置，其中基寄存器（BRn）用于定義SRAM基地址和其地址屏蔽位AM，而最低的0bit位（V）即為BRn和ORn內(nèi)容的有效位置位。而在UPM模式下，同樣用到UPM的核心內(nèi)部RAM陣列，在對RAM陣列中，每一個RAM陣列都包含64個32位字，根據(jù)每一個字提供的比特位訪問外部SRAM總線時鐘周期。

3 LBC模塊的基本配置操作

本設(shè)計(jì)在LBC操作中，必須先對局部總線配置寄存器（LBCR）做出了相應(yīng)配置，保證LBC處于空閑無數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，然后對LBCR寄存器操作，當(dāng)LBCR[BUSY_MM]置1時LBC位空閑狀態(tài)。

對于LBC初始化狀態(tài)，由于接口層傳入了不同外設(shè)的配置參數(shù)，故在初始化狀態(tài)中需要做出，對傳入不同片選和工作模式的設(shè)置、BRn寄存器和ORn寄存器各Bit位的配置、時鐘分頻和端口的配置等。對于不同的片選和工作模式，就是對外部的Flash和Sram分別選擇八個存貯體bank當(dāng)中的某兩個進(jìn)行的操作，接口層傳入的參數(shù)也需要完成GPCM和UPM工作模式進(jìn)行配置，并根據(jù)Flash和Sram中需要不同功能，配置寄存器BRn和寄存器ORn。

設(shè)計(jì)中的時鐘分頻，即LBC的系統(tǒng)時鐘和外部設(shè)備總線時鐘（LCLK[2:0]）之間2、4、8的比率配置，該比率主要通過對時鐘比率寄存器LCRR[CLKDIV]進(jìn)行軟件設(shè)置的。在考慮時鐘分頻后，需要結(jié)合外部地址延時周期寄存器LCRR[EADC]進(jìn)行配置不同的循環(huán)延時周期數(shù)，用以滿足訪問外部設(shè)備數(shù)據(jù)/地址/片選/讀寫等不同信號線的保持時間。

在底層LBC的操作中，外部設(shè)備Flash和nvSram通過訪問LBC模塊進(jìn)行正常的讀寫擦等操作，其中，設(shè)計(jì)需要LBC模塊對不同外接設(shè)備端口大小進(jìn)行讀寫，即進(jìn)行LBC字節(jié)/字/雙字讀和寫的函數(shù)操作。

4 LBC驅(qū)動存儲器程序設(shè)計(jì)

■4.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）硬件總體結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)LBC模塊外接存儲器件Flash（Am29LV256M）和nvSRAM（STK14CA8）的硬件連接方式如圖1所示。在硬件連接中，首先將FT2000主控中LBC模塊引出連接DM74HC573八路輸出鎖存器芯片，當(dāng)LBC模塊與Flash（Am29LV256M）和nvSRAM（STK14CA8）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時，通過DM74HC573片選其中兩路訪問控制向Flash和nvSram寫入指定地址，在存儲器設(shè)備接收到主控發(fā)過來的地址數(shù)據(jù)時，直接向LBC模塊反饋回讀寫擦相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖1 硬件總體結(jié)構(gòu)

（2）軟件設(shè)計(jì)框架

本設(shè)計(jì)軟件部分總體分為三部分：LBC Initialization、LBC Oprate、Application Interface，如圖2所示。

圖2 軟件設(shè)計(jì)框架

LBC Initialization：主要對LBC進(jìn)行初始化配置，設(shè)置基地址偏移、片選有效、端口大小、選擇UPM或GPCM控制機(jī)工作模式、設(shè)置操作時鐘等配置。

LBC Oprate：主要實(shí)現(xiàn)對LBC總線的不同字節(jié)、字、雙字的讀寫等操作。

Application Interface：主要是對外接Flash進(jìn)行Read、Program、Erase等操作及Flash工作模式配置，對外接nvSRAM進(jìn)行Read、Write、Store等操作。

■4.2 驅(qū)動程序設(shè)計(jì)流程

本設(shè)計(jì)基于上文硬件結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計(jì)框架，按照如下流程進(jìn)行LBC驅(qū)動程序設(shè)計(jì)。

首先，對LBC模塊進(jìn)行初始化，其中包括LBC模塊自由等待的相關(guān)配置操作，存儲器的基本配置，LBC中基地址、片選、時鐘分頻的基本操作。

其次，完成LBC模式選擇，當(dāng)配置成GPCM模式時，直接進(jìn)入Flash和nvSram存儲器選擇階段，同時進(jìn)行LBC模塊端口bit位設(shè)置。當(dāng)配置成UPM模式時，再次進(jìn)行UPMA/UPMB操作，開始RAM 信號讀寫，Burst信號讀寫等操作，當(dāng)UPM模式結(jié)束后，進(jìn)入Flash和nvSram存儲器選擇階段，同時進(jìn)行LBC模塊端口位設(shè)置。

然后，繼續(xù)進(jìn)行LCB模塊數(shù)據(jù)交換操作，即分別對底層LBC中數(shù)據(jù)Byte、Word讀寫，Burst讀寫等操作。

最后，完成Flash和nvSram存儲器的配置操作。

5 驅(qū)動程序仿真

在本設(shè)計(jì)中，通過Vivado仿真環(huán)境中進(jìn)行軟件波形仿真操作，同時借助串口調(diào)試工具打印數(shù)據(jù)，兩種方式來驗(yàn)證Flash和nvSRAM不同工作模式下的數(shù)據(jù)讀寫擦等操作。在仿真中，首先在Vivado環(huán)境中完成相關(guān)配置生成SDK文件，同步在SDK生成的文件中，加載本設(shè)計(jì)的LBC驅(qū)動程序，進(jìn)行編譯，鏈接調(diào)試等步驟，生成.elf文件，進(jìn)行波形仿真操作。

對于Flash操作，設(shè)計(jì)通過仿真環(huán)境，加入測試程序調(diào)試，分別進(jìn)行了Flash的GPCM模式和UPM模式的片擦、扇區(qū)擦、讀、寫的操作仿真。

例如應(yīng)用4分頻/1 cycle 測試，測試代碼如下：

Flash_LBC_Init_();

Flash_LBC_Chip_Erase(LBC_CS0);

Flash_LBC_Sector_Erase(LBC_CS0,0x00000002);

Flash_LBC_Program_Byte(LBC_CS0,0x-00000008,0x78);

Flash_LBC_Program_Word(LBC_CS0,0x-0000000A,0x5678);

Flash_LBC_Read_Byte(0x00000008,data1);

Flash_LBC_Read_Word(0x0000000A,data2);

通過不同的測試程序，完成了GPCM和UPM兩種模式下的全部操作，抓取地址數(shù)據(jù)波形，對比通過串口寫入數(shù)據(jù)、讀取數(shù)據(jù)、擦除數(shù)據(jù)打印結(jié)果，所有結(jié)果完全一致，最終驅(qū)動程序完成Flash的數(shù)據(jù)讀寫擦等操作。例如：Read_Byte/Word操作仿真波形如圖3。

圖3 Read_Byte/Word

同理，在nvSRAM操作中通過抓取地址數(shù)據(jù)波形，加入測試程序調(diào)試，分別進(jìn)行了nvSRAM的GPCM模式及UPM模式的讀、寫、存貯等的操作，同步通過串口打印數(shù)據(jù)對比和波形仿真圖抓取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結(jié)果一致，完成驅(qū)動nvSRAM的數(shù)據(jù)交換操作。

6 結(jié)語

本文完成了FT2000HK中LBC外接存儲器驅(qū)動程序設(shè)計(jì)，通過文中對硬件及軟件的介紹，讓人們對存儲器數(shù)據(jù)交換相關(guān)操作有了基本的了解，同時對外接存儲設(shè)備驅(qū)動技術(shù)有了掌握。隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)的存儲穩(wěn)定性、容量已經(jīng)成為直接決定數(shù)據(jù)安全、可靠的基本保障，而如何高效驅(qū)動存儲器件在未來必將占據(jù)更重要的地位。