基于FPGA的存儲(chǔ)解決方案——閃存

閃存存儲(chǔ)器是嵌入系統(tǒng)中經(jīng)常使用的非易失性存儲(chǔ)器。在基于FPGA的嵌入系統(tǒng)中，由于FPGA沒有包括閃存，所以閃存始終是外置設(shè)備。由于閃存存儲(chǔ)器能夠在斷電后保持?jǐn)?shù)據(jù)內(nèi)容，它經(jīng)常用于存儲(chǔ)微處理器啟動(dòng)代碼及其它需要在無電情況下繼續(xù)保持的數(shù)據(jù)。閃存存儲(chǔ)器既適用于并行接口又適用于串行接口。并行閃存設(shè)備與串行閃存設(shè)備的基本存儲(chǔ)技術(shù)是相同的。

不像SRAM，閃存不能通過簡(jiǎn)單的寫入操作進(jìn)行更新。對(duì)閃存設(shè)備的每一次寫入操作都需要一個(gè)寫指令，包含一組固定的讀寫操作序列。閃存在寫入前需要先進(jìn)行擦除。所有的閃存設(shè)備都被劃分為一定數(shù)量的可擦模塊，或扇區(qū)，二者的差異是可擦區(qū)域的大小，依據(jù)閃存廠商和設(shè)備大小而定。

優(yōu)點(diǎn)

閃存存儲(chǔ)器的主要的優(yōu)點(diǎn)是非易失性?，F(xiàn)代嵌入系統(tǒng)廣泛使用閃存來存儲(chǔ)啟動(dòng)代碼和設(shè)置值，以及較大的數(shù)據(jù)模塊如音頻或視頻流等。很多嵌入系統(tǒng)使用閃存作為硬盤驅(qū)動(dòng)的低能耗、高穩(wěn)定性的替代品。

相對(duì)與其它非易失性存儲(chǔ)器，閃存由于下面四種原因更加常用：

健壯性

可擦性

可重復(fù)擦寫

成本低

閃存存儲(chǔ)器可以與共享其它閃存設(shè)備共享總線，甚至與其它種類的外部存儲(chǔ)器，如外部SRAM或SDRAM。

缺點(diǎn)

閃存的主要缺點(diǎn)是它的寫入速度。由于你只能通過專用的命令寫入閃存設(shè)備，每次閃存寫入都需要多個(gè)總線轉(zhuǎn)換操作。更進(jìn)一步說，一旦送出寫入命令，實(shí)際的寫入時(shí)間可能達(dá)到幾微秒。依據(jù)時(shí)鐘速度，實(shí)際寫入時(shí)間可達(dá)幾百個(gè)時(shí)鐘周期。由于扇區(qū)擦除受到約束，如果你需要改變閃存中的一個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)，你必須完成下面步驟：

1． 復(fù)制整個(gè)扇區(qū)的內(nèi)容到暫時(shí)的緩沖區(qū)

2． 擦除整個(gè)扇區(qū)

3． 改變?cè)诰彌_區(qū)中的單個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)

4． 緩沖區(qū)內(nèi)容寫回到閃存

這個(gè)流程導(dǎo)致閃存存儲(chǔ)器設(shè)備的寫入速度較慢。由于其糟糕的寫入速度，閃存通常只用于存儲(chǔ)必須斷電后保持的數(shù)據(jù)。

最佳應(yīng)用場(chǎng)合

閃存存儲(chǔ)器適用于儲(chǔ)存任何你希望在斷電后保持的數(shù)據(jù)。常見的閃存應(yīng)用與存儲(chǔ)下面項(xiàng)目：

微處理器的啟動(dòng)代碼

微處理器在系統(tǒng)開始時(shí)復(fù)制到RAM中的應(yīng)用程序代碼

恒定的系統(tǒng)設(shè)置，例如：網(wǎng)卡MAC地址、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、用戶信息

FPGA參數(shù)圖像

多媒體（音頻、視頻）

不適于應(yīng)用場(chǎng)合

由于閃存存儲(chǔ)器是寫入速度較慢，不應(yīng)使用閃存存儲(chǔ)不需要斷電后保持的數(shù)據(jù)。如果可以使用易失性存儲(chǔ)器時(shí)可以選用SRAM。使用閃存存儲(chǔ)器的系統(tǒng)通常也會(huì)同時(shí)使用SRAM。

一個(gè)很不適于閃存的應(yīng)用場(chǎng)合是在微處理器的應(yīng)用程序代碼的直接執(zhí)行。如果這些代碼的可寫部分被部署在閃存中，這些軟件根本不會(huì)工作，因?yàn)殚W存不使用專用的寫入命令便不能夠?qū)懭?。將?yīng)用程序代碼儲(chǔ)存在閃存中的系統(tǒng)通常會(huì)在執(zhí)行之前先將這些應(yīng)用程序復(fù)制到SRAM中。

閃存的種類

閃存設(shè)備有多種，最常用的種類如下：

CFI閃存 – 這是最常用的閃存存儲(chǔ)器種類。它使用并行接口。CFI代表常見閃存接口，這是所有CFI閃存設(shè)備都固有的一種標(biāo)準(zhǔn)。SOPC Builder和Nios II processor都有對(duì)CFI閃存的內(nèi)置支持。

串行閃存 – 這種閃存使用串行接口以節(jié)省Pin腳和板上空間。由于很多串行閃存設(shè)備都有自己專用的接口協(xié)議，最好是先通讀串行閃存設(shè)備的數(shù)據(jù)表然后進(jìn)行選擇。Altera ECOS配置設(shè)備便是一種串行閃存。

NAND閃存 – NAND閃存是最近才興起的一種新型的閃存存儲(chǔ)器。NAND閃存可以達(dá)到很高的數(shù)據(jù)容量，單個(gè)設(shè)備可高達(dá)數(shù)GB。相對(duì)于CFI閃存，NAND閃存的接口稍有變復(fù)雜。它需要一個(gè)專用的控制器或是智能的低級(jí)驅(qū)動(dòng)軟件。你可以在Altera FPGA中使用NAND閃存，但是Altera不會(huì)提供任何內(nèi)置的支持。

編輯：博子