基于FT2000中LBC外接存儲器驅動程序設計

張鵬

（漢中職業技術學院汽車與機電工程學院，陜西漢中，723002）

1 LBC模塊及開發環境介紹

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

本設計的基本開發環境，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設備，以此實現對數據的各項讀寫擦等操作。FT2000芯片是一款集成了4個新一代高性能處理器內核FTC663的CPU，它采用亂序四發射超標量流水線，兼容64位ARMV8指令集并支持ARM64和ARM32兩種執行模式，支持單精度、雙精度浮點運算指令和ASIMD處理指令，支持硬件虛擬化。同時，該芯片適用于構建有更高性能、能耗比和安全需要的桌面終端、輕量級服務器和嵌入式低功耗產品。

2 外接存儲器介紹及配置相關操作

本設計中外接外接Flash（Am29LV256M）和nvSRAM（STK14CA8）存儲設備。

■2.1 Flash基本概述和操作

設計中應用 AM29LV256M（16M＊16-Bit/32M＊8Bit）芯片作為通用扇區Flash存儲器，該款芯片具有高性能，低功耗，單電壓支持讀、擦、寫等優點，同時，可通過BYTE引腳置位來選擇支持16bit/8bit寬度的數據總線。

在LBC模塊操作的初始化中，Flash支持GPCM（通用片選機）和UPM（可選寄存器）兩種不同的控制機模式訪問數據，并且，當寄存器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存映射設備提供使用接口，其不支持突發傳輸。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、突發讀或突發寫期間的外部控制信號。同時，在設計Flash操作中用UPM的核心內部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（字節選和片選）上驅動的信號線。

■2.2 nvSRAM概述及操作

設計中應用STK14CA8（128k＊8）非易失性RAM存貯器作為另一存儲設備，該芯片具有較高的存貯性能和快速的訪問時間，同時可無限次進行Read、Write、Recall等操作。

類似外接設備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）和UPM（可選寄存器）兩種不同的控制機模式訪問數據，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內容的有效位置位。而在UPM模式下，同樣用到UPM的核心內部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

本設計在LBC操作中，必須先對局部總線配置寄存器（LBCR）做出了相應配置，保證LBC處于空閑無數據傳輸狀態，然后對LBCR寄存器操作，當LBCR[BUSY_MM]置1時LBC位空閑狀態。

對于LBC初始化狀態，由于接口層傳入了不同外設的配置參數，故在初始化狀態中需要做出，對傳入不同片選和工作模式的設置、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當中的某兩個進行的操作，接口層傳入的參數也需要完成GPCM和UPM工作模式進行配置，并根據Flash和Sram中需要不同功能，配置寄存器BRn和寄存器ORn。

設計中的時鐘分頻，即LBC的系統時鐘和外部設備總線時鐘（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]進行軟件設置的。在考慮時鐘分頻后，需要結合外部地址延時周期寄存器LCRR[EADC]進行配置不同的循環延時周期數，用以滿足訪問外部設備數據/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，外部設備Flash和nvSram通過訪問LBC模塊進行正常的讀寫擦等操作，其中，設計需要LBC模塊對不同外接設備端口大小進行讀寫，即進行LBC字節/字/雙字讀和寫的函數操作。

4 LBC驅動存儲器程序設計

■4.1 整體結構設計

（1）硬件總體結構

本設計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LBC模塊與Flash（Am29LV256M）和nvSRAM（STK14CA8）進行數據交換時，通過DM74HC573片選其中兩路訪問控制向Flash和nvSram寫入指定地址，在存儲器設備接收到主控發過來的地址數據時，直接向LBC模塊反饋回讀寫擦相關數據。

圖1 硬件總體結構

（2）軟件設計框架

本設計軟件部分總體分為三部分：LBC Initialization、LBC Oprate、Application Interface，如圖2所示。

圖2 軟件設計框架

LBC Initialization：主要對LBC進行初始化配置，設置基地址偏移、片選有效、端口大小、選擇UPM或GPCM控制機工作模式、設置操作時鐘等配置。

LBC Oprate：主要實現對LBC總線的不同字節、字、雙字的讀寫等操作。

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

■4.2 驅動程序設計流程

本設計基于上文硬件結構及軟件設計框架，按照如下流程進行LBC驅動程序設計。

首先，對LBC模塊進行初始化，其中包括LBC模塊自由等待的相關配置操作，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，當配置成GPCM模式時，直接進入Flash和nvSram存儲器選擇階段，同時進行LBC模塊端口bit位設置。當配置成UPM模式時，再次進行UPMA/UPMB操作，開始RAM 信號讀寫，Burst信號讀寫等操作，當UPM模式結束后，進入Flash和nvSram存儲器選擇階段，同時進行LBC模塊端口位設置。

然后，繼續進行LCB模塊數據交換操作，即分別對底層LBC中數據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 驅動程序仿真

在本設計中，通過Vivado仿真環境中進行軟件波形仿真操作，同時借助串口調試工具打印數據，兩種方式來驗證Flash和nvSRAM不同工作模式下的數據讀寫擦等操作。在仿真中，首先在Vivado環境中完成相關配置生成SDK文件，同步在SDK生成的文件中，加載本設計的LBC驅動程序，進行編譯，鏈接調試等步驟，生成.elf文件，進行波形仿真操作。

對于Flash操作，設計通過仿真環境，加入測試程序調試，分別進行了Flash的GPCM模式和UPM模式的片擦、扇區擦、讀、寫的操作仿真。

例如應用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，抓取地址數據波形，對比通過串口寫入數據、讀取數據、擦除數據打印結果，所有結果完全一致，最終驅動程序完成Flash的數據讀寫擦等操作。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據波形，加入測試程序調試，分別進行了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據對比和波形仿真圖抓取數據，數據結果一致，完成驅動nvSRAM的數據交換操作。

6 結語

本文完成了FT2000HK中LBC外接存儲器驅動程序設計，通過文中對硬件及軟件的介紹，讓人們對存儲器數據交換相關操作有了基本的了解，同時對外接存儲設備驅動技術有了掌握。隨著電子信息技術的飛速發展，數據的存儲穩定性、容量已經成為直接決定數據安全、可靠的基本保障，而如何高效驅動存儲器件在未來必將占據更重要的地位。