### 基于CPLD的Flash读取控制的设计与实现
#### 摘要
在数字系统设计中，利用闪存（Flash）作为非易失性存储器是非常常见的做法。由于Flash具备断电后数据不会丢失的特点，在很多电子设备如计算机、手机以及嵌入式系统中被广泛应用。在某些情况下，为了更高效地管理和访问存储在Flash中的数据，需要设计专门的读写控制逻辑。本文介绍了一种基于复杂可编程逻辑器件（CPLD）的Flash读取控制逻辑设计与实现方案。
#### 关键词
- CPLD: 复杂可编程逻辑器件
- VHDL: 一种硬件描述语言，用于描述数字和模拟电路系统
- Flash: 非易失性存储器
- 多种数据输出宽度: 设计能够支持不同的数据宽度输出，提高了系统的灵活性
#### 1. 概述
本设计应用于国家863计划“可扩展到T比特的高性能IPv4/v6路由器基础平台及实验系统”项目中。主要功能在于实现主控部分FPGA对Flash数据的读取控制。在系统启动时，FPGA需要从Flash中加载初始化程序。而在系统运行过程中，FPGA还可能根据需要读取Flash中特定位置的数据。为此，需要在FPGA和Flash之间设计一个读取控制逻辑，以便高效地管理Flash数据读取操作。
#### 2. 实现
##### 2.1 器件的选择
为了实现上述功能，本文选用了Xilinx公司的XC95288XL-7TQ144I芯片作为CPLD。XC95288XL是一款3.3V低功耗、高性能的CPLD，广泛应用于通信和计算机系统中。它包含了16个54V18功能块，提供大约6400个可用的门电路，每个门电路的传播延迟约为6纳秒。
同时，选择了Intel StrataFlash系列的256-Mbit J3型Flash作为存储器。这种Flash的数据宽度可以支持8位或16位输出，满足了不同场合的需求。
##### 2.2 实现中的问题及解决方法
在本设计中，面临的主要问题是Flash输出数据宽度（16位）与FPGA输入数据宽度（32位）之间的不匹配。针对这一问题，提出了两种解决方案：
1. **使用两块相同Flash**：通过连接两块相同的Flash，分别将其输出数据送入FPGA接口的高16位和低16位，解决了数据宽度不匹配的问题。但这种方法增加了成本和系统的复杂性。
2. **降低读取速度并拼接数据**：选择将从一块Flash中连续两次读取的16位数据拼接起来形成32位数据，然后送入FPGA接口。这种方法虽然牺牲了读取速度，但在成本和复杂度方面更具优势。
最终，本设计采用了第二种方法。
##### 2.3 基本设计模块图
设计中包含了多个模块，其中关键的是`setfpga`模块，该模块负责配置FPGA。
##### 2.4 使用VHDL进行实现
下面展示了部分VHDL代码片段，用于实现Flash读取控制逻辑。这里展示了一个简单的进程，用于控制计数器的状态，确保Flash读取操作的正确执行。
```vhdl
Flashcontrol1
process(reset, gclk)
begin
if reset = '0' then
count_reset <= '0';
elsif gclk'event and gclk = '1' then
count_reset <= not (count(4) and count(3) and count(2));
end if;
end process;
process(count_reset, gclk)
begin
if count_reset = '0' then
count <= ...;
```
#### 3. 总结
本文提出了一种基于CPLD的Flash读取控制逻辑设计与实现方案。通过选择合适的CPLD和Flash器件，结合VHDL语言实现了高效的Flash数据读取控制逻辑。此方案不仅满足了系统性能的要求，还在成本和灵活性方面表现出色，具有较高的实用价值。未来可以进一步优化设计，提高读取速度，以适应更高性能的应用场景。
