[发明专利]一种高效的嵌入式系统芯片Nor-Flash控制器及控制方法

说明书

本发明公开了一种高效的嵌入式系统芯片Nor‑Flash控制器，包括寄存器单元，总线接口单元，高速缓存，Flash接口单元和多路复用器，用户通过寄存器单元对Flash进行读写操作；总线接口单元采样AMBA总线的读、写请求以及有效的地址信号和数据信号，返回读写请求对应的数据以及响应；高速缓存，用来存储来自处理器读写命令的有效地址和数据；Flash接口单元，将总线的读写请求转换成对Flash的有效读写时序，产生读写时序对应的地址、数据和控制信号，并向寄存器单元返回当前读写Flash的执行状态；多路复用器，产生Flash端口控制信号。

技术领域

本发明属于计算机科学领域，具体是一种高效的嵌入式系统芯片Nor-Flash控制器及其控制方法。

背景技术

随着微控制器芯片(MCU)应用市场的推广，片上存储器越来越被广泛运用于嵌入式系统。嵌入式Flash能够多次编程且掉电数据不丢失，具有较高片内执行能力以及高可靠性，成为重要的指令、数据存储器，在消费电子和工业控制领域应用得到极大拓展。

Flash按照内部结构和性能不同主要分为NOR和NAND两类。存储容量和成本方面，NAND flash结构有极高的单元密度，单元尺寸更小，可以实现高密度存储，适合大量数据存储；NOR flash容量小，适用于存储少量数据或指令代码。数据存储接口方面，NAND flash适合大批量数据擦写；NOR flash有足够的地址引脚，可以对存储区域内每一个字节进行访问。相比于NOR flash，NAND flash在坏块处理方面故障率更高，导致成本代价高；NANDflash数据总线和地址总线接口复用，接口复杂，对于flash控制器面积和能耗要求更高；此外NAND flash不支持数据的随机地址的存取。因此在高速数字逻辑设计芯片中，更多使用NOR flash进行片内数据和代码存储。

NOR flash可以很好适应低频下片上存储数字设计，然而随着性能要求和系统频率的提高，NOR flash慢慢成为设计的瓶颈所在。NOR Flash有特定的端口读写时序，随着频率的提高，在诸多应用领域片上NOR Flash擦写速度相比于处理器较慢，从而影响芯片整体的性能。因此设计高效的NOR Flash控制器，从而提高微控制器芯片(MCU)整体的性能已成为人们关注的焦点。

中国专利（申请号：201420771613.0，专利名称：多通道Flash控制器），该专利提出了一种多通道并行阵列操作的思想，提高Flash读写速度的同时，具有较好的拓展性。然而其设计思想并没有解决Flash端口特定读写时序所导致的设计瓶颈，针对某一个特定通道的读写，Flash仍然制约着性能的提高。

中国专利（申请号：201410415763.2，专利名称：一种FLASH的控制方法和控制器），该专利提出了高速缓存来存储来自高速处理器对Flash的擦、写、读等命令。高速缓存可以一定程度释放Flash对处理器的占用，提高整体性能。但该设计对Flash的读写操作只能通过特定的流程进行，在灵活性上有一定的欠缺。

目前Flash控制器主要致力于转换Flash接口为标准的SRAM接口，在提高Flash存取速度的同时，使Flash有较好的可测性和灵活性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种高效的嵌入式系统芯片Nor-Flash控制器及其控制方法，采用通用化的软硬件设计架构，减少了数据存取过程中对处理器的占用，同时提供处理器控制接口，从而提高设计的效率和灵活性。具体技术方案如下：