一种数据存储模块的实现方法

摘要

本发明公开了一种数据存储模块的实现方法，它以意法半导体的STM32F407和三星公司K9MDG08U5M构成的存储模块为基础，首先通过ARM使能NAND FLASH片选信号并判断状态信号，将外围设备传输的数据通过串口中断方式接收，最终经过二级缓存之后存入NAND FLASH。本发明通过自定义片选解决了FSMC（可变静态存储控制器）中NAND FLASH片选不足的问题，保证大容量NAND FLASH可以充分使用；通过定义最大容忍时间来判断是否填充不足一页的数据，解决了NAND FLASH不足一页数据无法存储的问题；而且通过实时更新并存储NAND FLASH操作地址来保证存储模块重新上电之后可以继续存储。

权利要求

1.一种数据存储模块的实现方法，其特征在于具体步骤如下：步骤1：将ARM处理器(1)上NAND FLASH(2)片选信号和状态信号对应相连的引脚设置为输出和输入模式，通过输出使能NAND FLASH(2)，通过输入判断NAND FLASH(2)的状态；

步骤2：ARM处理器(1)接受外围设备采集的数据，存入第一级数据缓存，当存入的数据量不足NAND FLASH(2)的一页时，将第一级数据缓存填充至一页大小；

步骤3：当数据存储量满NAND FLASH(2)的一页大小后，将所有数据传递至第二级数据缓存；

步骤4：地址缓存通过可变静态存储控制器FSMC(7)读出地址存储空间(8)中的NAND FLASH(2)的操作地址，根据操作地址通过FSMC(7)将第二级数据缓存中的数据存入NAND FLASH(2)的数据存储空间，并更新该操作地址；地址更新完成后，将其存入地址存储空间(8)。

2.根据权利要求1所述的数据存储模块的实现方法，其特征在于：所述步骤2中，当存入的数据量不足NAND FLASH(2)的一页时，将第一级数据缓存填充至一页大小的具体步骤如下：步骤2.1：设置最大容忍时间，该时间大于外围设备传输数据的最大时间间隔；

步骤2.2：设置计时器，计时器初值大于最大容忍时间；

步骤2.3：当数据输入时，计时器归零，

步骤2.4：计时器计时；

步骤2.5：判断计时器值是否达到最大容忍时间，若达到，填充数据至NAND FLASH(2)的一页大小；若未达到，则返回步骤4。

3.根据权利要求1所述的数据存储模块的实现方法，其特征在于：所述步骤4中，在地址缓存(6)中实时更新NAND FLASH(2)操作地址，具体步骤如下：步骤4.1：页地址加一；

步骤4.2：判断页地址是否达到块大小，若达到，则页地址归零，块地址加一；若未达到，则返回步骤1；

步骤4.3：判断块地址是否达到片大小，若达到，则块地址归零，片选号加一；若未达到，则返回步骤1；

步骤4.4：判断片选号是否达到最大片选号，若达到，则提示超出范围并报错；若未达到，则返回步骤1。

4.根据权利要求1所述的数据存储模块的实现方法，其特征在于：所述NAND FLASH(2)选用四个片选的NAND FLASH。

说明书

一种数据存储模块的实现方法

技术领域

[0001] 本发明涉及数据存储领域，具体是一种ARM搭载大容量NAND FLASH构成存储模块的实现方法。

背景技术

[0002] 存储系统广泛应用于各类设备中，应用最广的存储器是NAND FLASH，但其内部没有独立的控制结构，所以要实现整个存储系统，就必须依赖其他控制芯片，主要的设计方案有：基于ARM、基于DSP和基于FGPA。其中DSP功耗较大，FPGA开发成本较高，与之相比ARM具有高性能、低功耗、低价格等特点，占有很大的市场份额。类似于K9MDG08U5M这种大容量NAND FLASH，片选信号有4个，也是目前片选信号最多的情况。对于不同型号的ARM或者是包含ARM内核的SoC来说，其涉及NAND FLASH的FSMC模块只有2个片选引脚，因此无法直接提供大容量NAND FLASH所需的4个片选信号。

[0003] NAND FLASH的操作主要包含擦除、编程和读取，最为关键的是编程操作，保证数据的可靠性和完整性是实现存储功能的最基本要求。由于内部物理结构的特点，NAND FLASH的读写以页为单位，而擦除则以块为单位。编程操作时，一般在控制器中开辟一页大小的缓存，待缓存中的数据收集满后再传输给NAND FLASH进行存储。在实际应用中，所采集的数据很难准确预测，更难以保证数据量正好等于页容量的整数倍，这样就不可避免的造成最后不够一页的数据无法存入NAND FLASH中，从而造成数据丢失。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种数据存储模块的实现方法，本发明选择ARM搭载大容量NAND FLASH构成存储模块，通过自定义片选解决了FSMC(可变静态存储控制器)中NAND FLASH片选不足的问题，保证了大容量NAND FLASH可以充分使用；通过定义最大容忍时间来判断是否填充不足一页的数据，解决了NAND FLASH不足一页数据无法存储的问题；而且通过实时更新并存储NAND FLASH操作地址来保证系统重新上电之后可以继续存储。

[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种数据存储模块的实现方法，[0006] 步骤1：将ARM处理器(1)上NAND FLASH(2)片选信号和状态信号对应相连的引脚设置为输出和输入模式，通过输出使能NAND FLASH(2)，通过输入判断NAND FLASH(2)的状态；

[0007] 步骤2：ARM处理器(1)接受外围设备采集的数据，存入第一级数据缓存，当存入的数据量不足NAND FLASH(2)的一页时，将第一级数据缓存填充至一页大小；

[0008] 步骤3：当数据存储量满NAND FLASH(2)的一页大小后，将所有数据传递至第二级数据缓存；

[0009] 步骤4：地址缓存通过可变静态存储控制器FSMC(7)读出地址存储空间(8)中的NAND FLASH(2)的操作地址，根据操作地址通过FSMC(7)将第二级数据缓存中的数据存入NAND FLASH(2)的数据存储空间，并更新该操作地址；地址更新完成后，将其存入地址存储空间(8)。

[0010] 所述步骤2中，当存入的数据量不足NAND FLASH(2)的一页时，将第一级数据缓存填充至一页大小的具体步骤如下：

[0011] 步骤1：设置最大容忍时间，该时间大于外围设备传输数据的最大时间间隔；

[0012] 步骤2：设置计时器，计时器初值大于最大容忍时间；

[0013] 步骤3：当数据输入时，计时器归零，

[0014] 步骤4,：计时器计时；

[0015] 步骤5：判断计时器值是否达到最大容忍时间，若达到，填充数据至NAND FLASH(2)的一页大小；若未达到，则返回步骤4。

[0016] 所述步骤4中，在地址缓存(6)中实时更新NAND FLASH(2)操作地址，具体步骤如下：

[0017] 步骤1：页地址加一；

[0018] 步骤2：判断页地址是否达到块大小，若达到，则页地址归零，块地址加一；若未达到，则返回步骤1；

[0019] 步骤3：判断块地址是否达到片大小，若达到，则块地址归零，片选号加一；若未达到，则返回步骤1；

[0020] 步骤4：判断片选号是否达到最大片选号，若达到，则提示超出范围并报错；若未达到，则返回步骤1。

[0021] 所述NAND FLASH(2)选用四个片选的NAND FLASH。

[0022] 本发明与现有技术相比，其显著优点：1、本发明通过放弃ARM引脚复用功能，自定义FLASH状态信号，很好的解决了片选不足的问题；2、通过自定义最大容忍时间，并对不足一页的数据填充至一页，保证了不足一页的数据也可以进行存储；3、对NAND FLASH操作地址实时更新，并将操作地址进行存储，重新上电后读出地址继续操作。

附图说明

[0023] 图1是本发明的总体结构示意图。

[0024] 图2是本发明的STM32F407和K9MDG08U5M连接框图。

[0025] 图3是二级数据缓存工作示意图。

[0026] 图4是地址更新流程图。

[0027] 图5是数据填充流程图。

具体实施方式

[0028] 本发明以意法半导体的STM32F407和三星公司K9MDG08U5M构成的存储模块为基础，首先通过ARM使能NAND FLASH片选信号并判断状态信号，将外围设备传输的数据通过串口中断方式接收，最终经过二级缓存之后存入NAND FLASH。

[0029] 采用本发明方法实现的数据存储模块，包括ARM处理器和NAND FLASH，ARM处理器包括数据缓存、地址缓存、FSMC和FLASH状态，NAND FLASH包括地址存储空间、数据存储空间和状态)。数据缓存和地址缓存分别用于暂存数据信息和地址信息。ARM处理器通过FSMC与NAND FLASH进行数据传递，通过FLASH状态对NAND FLASH进行控制。地址存储空间和数据存储空间分别存放NAND FLASH操作地址和外围设备采集的数据。由ARM处理器控制外围设备的输入和NAND FLASH的存储。

[0030] 上述ARM选用意法半导体的STM32F407，这款微处理器具有NAND FLASH所需的FSMC。NAND FLASH选用容量较大的K9MDG08U5M，这款NAND FLASH是三星公司的8位存储芯片，容量高达16G Bytes。K9MDG08U5M内部包含4片，每片有8192块，每块有128页，存储以页为单位。

[0031] 上述ARM处理器包括两组APB总线：APB1和APB2，通过APB总线接收外围设备所采集的数据。ARM处理器将采集到的数据再经AHB总线临时存入数据缓存。通过FSMC把数据缓存中的数据存入NAND FLASH。数据缓存中定义二级缓存，第一级缓存直接接收外围设备的数据，其大小为2倍的NAND FLASH页大小；第二级缓存接收第一级缓存的数据，其大小为NAND FLASH页大小。根据外围设备传输情况定义最大容忍时间，当间隔达到最大容忍时间，数据不足一页时，数据缓存填充至一页大小，最终由NAND FLASH进行存储。

[0032] 上述NAND FLASH与FSMC相连的部分包括：I/O口、锁存信号和状态。状态包括和 为片选信号， 为状态位，高电平表示NAND FLASH空闲，低电平表示NAND FLASH忙碌。ARM处理器中定义地址缓存，用来实时更新NAND FLASH操作地址。为了使系统重新上电之后能继续对NAND FLASH接下来的地址操作，将地址缓存更新的地址也及时存入NAND FLASH固定的地址缓存区域内，并且操作前将地址读出。

[0033] 本发明数据存储模块的实现方法，实现步骤如下：

[0034] 步骤1、ARM处理器的引脚基本都具有复用功能，重新定义NAND FLASH的FLASH状态，放弃已定义好的复用功能。将NAND FLASH的 和 连接至ARM处理器的空闲引脚，即该引脚的复用功能不使用，把对应引脚分别定义成输出模式和输入模式。从而实现ARM处理器对NAND FLASH的控制；

[0035] 步骤2、外围设备将采集到的数据先传送至数据缓存中的第一级缓存，待第一级缓存中的数据达到NAND FLASH的一页大小，即4K Bytes之后，再将数据传递给第二级缓存。通过FLASH状态使能NAND FLASH需要操作的片选，当状态位表示空闲时，将第二级缓存数据存入NAND FLASH的数据存储空间。针对外围设备数据传输的最大时间间隔，定义一个最大容忍时间，在一帧数据接收的同时定时器归零并开始计时，下一帧数据接收时再次归零。如果定时器达到最大容忍时间，则认为数据采集结束，对数据缓存不足一页大小的数据进行填充，填充完成后再进行接下来的操作；

[0036] 步骤3、为了使NAND FLASH能够连续工作，地址缓存在每次NAND FLASH工作后都对当前地址进行更新，并将更新的地址存入NAND FLASH的地址存储空间内。在下一次NAND FLASH工作之前，再把地址读出，当作这次工作的操作地址。以这种形式，不但保证NAND FLASH可以连续工作，同时在重新上电之后，操作地址可以再从NAND FLASH的地址存储空间读出，从而继续工作。

[0037] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

[0038] 结合图1，系统主要有ARM处理器、NAND FLASH和外围设备组成。外围设备采集的数据先暂存至数据存储空间内，待收集到一页数据量之后通过FSMC传送到NAND FLASH数据存储区内。NAND FLASH由FSMC和FLASH状态控制，完成存储操作。地址存储区用来存储NAND FLASH之前的操作地址，可读取至ARM的地址缓存并完成地址更新。当重新上电后，ARM可将地址从地址存储区读出，再次获得操作地址，继续存储。

[0039] STM32F407和K9MDG08U5M具体连接如图2。ALE和CLE分别为地址锁存和命令锁存，因为FSMC与NAND FLASH之间的所有通信都是通过8个I/O口进行的，为了区分通信的具体内容，需要判断ALE和CLE的状态。当ALE高电平时表示通信内容为地址信息，当CLE高电平时表示通信内容为命令，当两个都为低电平时则表示通信内容为数据。RE和WE分别为读写保护，低电平有效。由于FSMC自带的片选信号和状态信号数量不足，所以将这些信号分别连接至空闲的GPIO口，在软件配置时把片选配制成输出，状态配制成输入，通过输出使能对应片选，输入判断当前NAND FLASH的工作状态。

[0040] 如图3所示，外围设备采集的数据先暂存在数据缓存中，按照NAND FLASH按页存储的特点，当缓存中数据收集到一页时再进行最终存储。为了避免缓存中起始位置数据被新数据覆盖，第一级缓存定义为两页大小，第一页存满后，数据转移到第二级缓存进而传送至NAND FLASH。新采集的数据继续收集到第二页中，存满一页后指针跳回至第一页首，数据同样经第二级缓存存入NAND FLASH。

[0041] 结合图4，在使用时，当一个片选的容量存满之后，需要自动切换到下一个片选，进而继续工作。对NAND FLASH的每次操作都涉及到对应的操作地址，即页地址、块地址和片选号(从页首开始操作，不考虑页内地址)。一次操作完成后，应该更新操作地址并进行相应的判断。K9MDG08U5M内部包含4片，每片包含8192块，每块由128页构成，因此块大小为128，片大小8192，器件大小为4，初始地址都是从0开始。地址更新时，依次更新页地址、块地址和片选号，当一个地址达到最大值时，该地址归零同时高阶地址加一。

[0042] 结合图5，为了保证不足一页的数据也可以正常存入NAND FLASH，可以使用计时器进行判断，当时间达到了最大容忍时间，即认为不再有数据进入，将缓存填充0xFF至一页大小。计时器的初值并不等于零，而是定义为大于最大容忍时间的值。因为考虑到程序启动之后外围设备不一定立刻就产生数据，为了避免刚开始没有数据进入时也进行填充，所以计时器选择从较大的值开始计时。外围设备接收数据，当有数据进入时，产生中断，程序执行中断服务函数，同时计时器归零。当下一帧数据进入，再次产生中断，计时器再次归零。如果一定时间内没有数据进入，计时器的值达到最大容忍时间，即认为数据接受完毕，若缓存不够一页大小则填充数据至一页。