[发明专利]一种多线SPI flash控制器

说明书

本发明公开了一种多线SPI flash控制器，该控制器包括总线接口模块、寄存器文件、数据缓冲模块、状态机、输入输出控制模块、Fill_req接口以及RAM接口。该控制器直接将flash命令、总线模式、输入长度和输出长度组合为命令，去除了译码部件，将多线控制和指令编码完全隔离，结构简单清晰，硬件资源占用少，便于实现；且通过软件编程实现各条传输指令，灵活性高，扩展性好；还软件实现各种控制/读写指令，可实现多个厂商flash芯片的访问，兼容性更高。

技术领域

本发明涉及SPI flash控制器技术领域，更具体的说是涉及一种多线SPI flash控制器。

背景技术

目前，随着物联网和嵌入式芯片外部存储需求的扩大，外接多线SPI flash成为一种低成本、高速率、大容量的实现方案。芯片通过外接专用的多线SPI flash芯片，能够将存储扩充到4Mbit甚至更多。相对于内置EFlash而言，成本低，而且能够获取足够的存储资源。多个Flash芯片厂商定义了丰富的接口指令和传输类型，如何确保设计的多线SPI flash控制器的高性能和兼容性，成为多线SPI flash控制器设计亟待解决的问题。

传统的SPI flash控制器，会对若干多线SPI flash的命令进行编码，然后定义译码逻辑，译码逻辑根据当前SPI的模式(单线/双线/四线)和命令编码进行命令传输和读写操作。传统多线SPI flash控制器的实现架构如图1所示，由图1可以看出，典型的多线SPIflash控制器的结构包括如下几个部分：

总线接口模块：负责和处理器或者总线进行交互；

寄存器文件：定义控制器的编程接口，定义若干寄存器，包括命令寄存器，状态寄存器，地址寄存器，模式寄存器等；

数据buffer：负责读写数据的缓冲；

译码部件：负责命令的译码；

状态机；负责整个控制器的状态控制；

输入输出控制与串并转换控制模块：负责和外部多线SPI flash芯片交互。

该传统多线SPI控制器的工作流程如下：

1.CPU通过总线接口模块向寄存器文件配置命令，设置模式，配置地址，向数据Buffer写入需要写的数据(写命令时)，最后使能传输；

2.译码部件读取寄存器文件中的命令寄存器，驱动控制状态机，开始按照命令格式组装数据包；

3.数据包组装完毕后，送入输入输出控制与串并转换控制模块，转换为外部多线SPI flash支持的格式，实现读写命令；

4.状态机判断读写完毕后，向总线接口模块发出中断，最后送至CPU；

5.如果是数据读，则可以从数据Buffer中获取读到的数据，如果是数据写，则写完毕。

传统的多线SPI flash结构清晰，功能明确，但是，存在几个较大的问题：

1、灵活性不足：固定的命令编码决定了该实现只能对固定的多线SPI flash命令进行解析和支持，新增的命令必须修改设计进行扩展，随着指令的增多，硬件负责度增多，频繁的修改会带来更多的风险；

2、兼容性风险：多线SPI flash厂商众多，各个Flash支持的命令各有差异，如果在定义命令时没有考虑全面，容易造成兼容性问题；

3、复杂度高：多线SPI flash需要兼容单线、双线和四线多种模式的芯片，串并转换部件需要根据不同的命令做不同的串并转换，负责度高，容易出错。

因此，如何提供一种结构简单、更加灵活且兼容性高的SPI flash控制器是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容