Digital design of serial flash memory controller with SPI interface for embedded systems

Abstract

ÖZET Bu tez seri flaş belleklerin kontrolünü sağlayan devrenin sayısal olarak tasarımı, ve uygulanması aşamalarından oluşmuştur. İlk olarak seri flaş bellek kontrolör bloğunun da içerisinde bulunduğu işlemci platformu, seri flaş bellekler ve SPI (Serial Peripheral Interface) protokolü, seri flaş belleklerin kontrolündeki mevcut problemler için araştırılmıştır. Tezin uygulama bölümünde seri flaş bellek kontrolör bloğu VHDL (VHSIC Hardware Description Language-VHDL) kullanılarak sayısal olarak tasarlanmış, 0.35 um sayısal CMOS teknolojisi kullanılarak sentezlenmiş, fonksiyonel ve kapı seviyesinde test edilmiştir. Tezin son aşamasında, sentezlenmiş blok yerleştirme ve yol atama işlemlerinden geçirilmiştir. Seri flaş bellek kontrolör bloğunun jenerik olarak tasarlamasının yanında bloğun basit bir yazılıma ve minimum işlemci kontrolüne ihtiyaç duymasına büyük önem verilmiştir. Seri flaş belleğe transfer edilecek bilginin içeriği ve SPI (Serial Peripheral Interface) protokolüne uygun olarak gönderilmesi, seri flaş bellek kontrolör bloğu tarafından, işlemcinin programlandığı operasyona göre kontrol edilir. Seri flaş bellek kontrolör bloğu farklı seri flaş belleklerle kullanılabilir. Blok, işlemci tarafından seri flaş belleklerin farklı operasyonları için programlanabilir. Seri flaş bellek kontrolör bloğunun maksimum 20 MHz seri transfer hızına kadar çıkabilmektedir. Blok AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture) APB (Advanced Peripheral Bus) arayüzü bulunan işlemci platformlarına entegre edilebilir.

ABSTRACT This thesis presents digital design and implementation of a controller module for serial flash memories. Firstly, the platform including the serial flash memory controller, flash memories and SPI (Serial Peripheral Interface) protocol have been investigated to solve the current problems related with controlling of serial flash memories. Then, in the implementation part of the thesis, the Serial Flash Memory Controller module has been designed by using VHDL (VHSIC Hardware Description Language-VHDL) and synthesized in CMOS 0.35 urn technology. Functional and gate-level simulations have been done with Cadence simulator. Lastly the final gate level netlist has been placed and routed with Cadence Silicon Ensemble. A great deal of attention has been given to design a generic controller that needs simple software and minimum processor access cycle. It is programmed from the processor for different operations of serial flash memories. The structure of the frame, control data and timings are controlled by hardware according to the programmed operation. In addition to this, our Serial Flash Memory Controller module can be used with different flash memories. This is very important property for reusability of the module. The Serial Flash Memory Controller module is capable to work up to 20 MHz serial communication speed and it can be integrated to processor platforms that have AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture) APB (Advanced Peripheral Bus) interface. IV