NANDFLASH存储器K9WBG08U1M在视频记录器中的应用

摘 要： 为提高视频记录器的实时性和稳定性，并结合数字视频数据量较大的特点，在此设计了一种新型视频记录器。该记录器接口采用基于FPGA+DSP架构的设计方法，设计了K9WBG08U1M存储阵列读写时序，实现了对K9WBG08U1M阵列的实时读写。采用该记录器分别对红外热像仪输出图像和CCD相机采样图像进行连续录播实验，实验结果表明，采用该方法设计的视频记录器，由16片K9WBG08U1M存储器组成的阵列可实现连续两个半小时的视频实时录取和播放。该视频记录器满足图像实时性要求，鲁棒性好。

关键词： NAND FLASH； K9WBG08U1M； 视频记录器； 读写时序

中图分类号： TN964?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）18?0097?04

0 引 言

当前各类嵌入式系统开发设计中，存储模块设计是不可或缺的重要方面[1]。随着半导体技术的发展，固态存储器以其优异的性能逐渐成为数据存储系统的首选存储介质[2]，其中以闪速存储器（FLASH Memory）发展的最快。FLASH根据芯片内部逻辑架构设计上的差异主要分为NOR FLASH和NAND FLASH两种[3]。NAND FLASH作为一种安全、快速的存储体，因其具有体积小、容量大、成本低、掉电数据不丢失等一系列优点，已逐步取代其他半导体存储元件，成为嵌入式系统中数据存储的主要载体[4]。NAND FLASH以页为单位读写数据，而以块为单位擦除数据[5]。与传统的硬盘相比，NAND FLASH作为一种新兴的半导体存储器件具有存储密度高、可靠性高、体积小、质量轻、功耗小、寿命长、无噪声、抗震动、能适应恶劣的力学和温度环境等优点[6]。主要应用在需要记录、保存大量数据的存储设备中。

本文需要对CCD镜头采集的图像数据进行实时记录与并按图像格式进行播放，因此需要大量的图像数据记录和播放，且要求速度较高，经过比较和实验，K9WBG08U1M是一个比较理想的选择。

1 K9WBG08U1M的特性

K9WBG08U1M的内部存储空间为（4G+128M）×8 b，采用NAND结构，存储空间按“块?页”结构组织，一页为（2K+64）B，一块为64页，一片K9WBG08U1M由两个K9WAG08U0M单元组成，可通过CE1，CE2信号选择，共32 768块。2.7～3.6 V单电源供电，典型页编程周期为200 μs[7]，典型块擦除时间为1.5 ms，可进行（2K+64）B的页写操作及（128+4）KB的块擦除操作，在读操作过程中可将字节数据在25 ns内读出。且其功耗低，速度快，可靠性较高。K9WAG08U0M的内部存储结构和地址结构如图1所示[8]。

2 K9WBG08U1M在视频记录器中的应用

2.1 系统构架

本图像记录器存储的图像格式为256×512，刷新频率为50 Hz，每分钟的数据量为393 216 K，每片K9WBG08U1M可存储10 min的图像数据，本系统采用16片K9WBG08U1M作为存储阵列，可连续录制或播放两个半小时的视频图像。图像采集、存储阵列控制、图像按格式播放由DSP和FPGA联合控制。控制程序在DSP内完成，PFGA将操作命令和片选地址进行译码，选通相应的K9WBG08U1M并产生K9WBG08U1M的相应时序。系统示意框图如图2所示。

CCD采样图像后图像数据按8位输入系统，为提高存储速度，每两片K9WBG08U1M组成一个16位存储组，图像数据按16位存储。系统将CCD采集的8位图像数据先在FPGA内拼接为16位数据，通过EDMA导入DSP存入K9WBG08U1M阵列。在播放时，由DSP从K9WBG08U1M存储阵列中读出数据，通过EDMA导入FPGA，在FPGA中再将16位图像数据拆分成8位图像数据按视频格式进行播放。

2.2 K9WBG08U1M的硬件接口设计

K9WBG08U1M有8位地址、数据复用的I/O口，两个片选信号，5个控制信号和两个状态输出信号。接口说明见表1。

2.3 K9WBG08U1M的软件接口设计

K9WBG08U1M的地址结构分为行地址（Row Address）和列地址（Column Address），行地址用来指明具体的块和页，列地址用来指明页内具体的寄存器，即为页内偏移地址。

本文所介绍设计采用DSP+FPGA联合操控，软件操作在DSP内完成，FPGA将对应的指令译码成FLASH的相应操作时序，本设计有编程灵活、更改简单等特点。

对K9WBG08U1M的主要操控有：Block Erase（块擦除）、Page Program（页编程）、Read Operation（读操作）、Read Status（读状态）。下面对这三种常用操作进行介绍。

2.3.1 Block Erase

K9WBG08U1M在进行存储数据之前必须进行擦除，数据只有在擦除后才能写入，擦除操作以块为单位进行的[9]。块擦除包括下面3个步骤：

（1）写入块擦除建立命令60 h；

（2）分三个字节写入块地址；

（3）写入块擦除命令D0h。擦除操作完成后通过检测状态位I/O0判断是否擦除成功。软件流程图3所示。

3 结 语

随着基于NAND技术的FLASH固态存储器的快速发展，其存储密度也越来越大，而体积、功耗和成本却在减小，这使得NAND型FLASH在大容量高速存储设备的研制中得到广泛应用[10]。本文介绍了NAND FLASH的特点，并设计了基于DSP+FPGA架构的控制电路，及其软件接口设计。并编写了用户界面，通过其选择块擦除操作或页编程操作或者读操作，通过串口发送控制命令来引导程序进行相应操作。采用该记录器分别对红外热像仪输出图像和CCD相机采样图像进行连续录播实验，试验表明，本视频录放设备可连续进行两个半小时的视频录制或播放。如需更大容量的存储数据，FLASH阵列可以进一步扩大，并不增加复杂度。

参考文献

[1] 谢伟华，谭永东，徐伟华.NAND FLASH的驱动程序设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2009（2）：35?38.

[2] 雷磊.NAND型FLASH海量存储系统的设计与实现[D].南京：南京理工大学，2008.

[3] 陈国，高扬.NAND FLASH在大容量存储技术中的应用[J].航天计算技术，2009，39（2）：113?116.

[4] 何金伟，史斌宁，罗力.NAND FLASH存储管理在DSP系统中的实现[J].微计算机信息，2009，25（4）：92?95.

[5] 汉泽西，吕飞.大容量NAND FLASH在嵌入式系统中的应用[J].石油仪器，2006（2）：62?66.

[6] 李华，贾振国.基于NAND FLASH的大容量视频存储系统的设计[J].物联网技术，2012（2）：33.

[7] 郑文静，李明强，舒继武.FLASH存储技术[J].计算机研究与发展，2010（4）：716?724.

[8] Samsung Electromics. K9WAG08U0M flash memory datasheet [R]. South Korea： Samsung Electromics， 2007.

[9] 李洋，Michael Collier.数字电视NAND FLASH驱动程序的设计与实现[J].电脑知识与技术，2012（1）：70?73.

[10] 朱知博.基于NAND FLASH的高速大容量存储系统设计[J].现代电子技术，2011，34（8）：173?175.