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　　在此介绍的是使用FPGA实现SD NAND FLASH的读写操作，以雷龙发展提供的CS创世SD NAND FLASH样品为例，分别讲解电路连接、读写时序与仿真和实验结果。

目录

　　1 视频讲解

　　2 SD NAND FLASH背景介绍

　　3 样品申请

　　4 电路结构与接口协议

　　4.1 SD NAND

　　4.2 SD NAND测试板

　　4.3 FPGA开发板

　　5 SD卡协议与时序流程

　　5.1 SD卡协议

　　5.2 SD卡2.0版本初始化步骤

　　5.3 SD卡的读步骤

　　5.4 SD卡的写步骤

　　6 模块代码

　　6.1 sd_card_top

　　6.2 sd_card_cmd

　　6.3 sd_card_sec_read_write

　　6.4 spi_master

　　6.5 其余代码

　　6.5.1 sd_card_test

　　6.5.2 ax_debounce

　　6.5.3 seg_decoder

　　6.5.4 seg_scan

　　7 实验结果

　　8 参考资料

　　使用FPGA讲解SD NAND FLASH的文章网上也有很多比较详实的内容，本文的部分思路也是参考了其他博主的博客思路。

　　1 视频讲解

　　为了便于更加清晰地讲解内容，本文也将文章的对应部分以视频的形式进行了录制：

　　（后期正在紧锣密鼓制作ing）

　　2 SD NAND FLASH背景介绍

　　目前市面上主流的存储芯片，分为了EEPROM、NOR FLASH、NAND FLASH三种，其中后两种是市面上主要的非易失闪存技术，他们分别具有不同的特点：

　　1.EEPROM

　　EEPROM (Electrically Erasable Programmable read only memory)是指带电可擦可编程只读存储器。是一种掉电后数据不丢失的存储芯片。 EEPROM 可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息，重新编程。一般用在即插即用设备中。

　　相较于EEPROM计数，下文提到的FLASH技术，具有更快的速度，工艺上可以分为NOR FLASH和NAND FLASH两种

　　2.NOR FLASH

　　NOR FLASH是一种非易失闪存技术。其特点是芯片内执行 (XIP)，应用程序可以直接在存储芯片内运行，不必再把代码读到系统 RAM 中。其传输效率较高高，在 1~4MB 的小容量时具有很高的成本效益。

　　3.NAND FLASH

　　NAND FLASH内部采用非线性宏单元模式，这种结构能提供极高的单元密度，并且写入和擦除的速度很快。作为当前最热门的存储芯片，目前生活中常见的电子产品都会使用到这种存储芯片，例如数码相机、U盘等等。

　　由于NAND FLASH在大容量应用中的便利性，因此作为今天介绍的主角~

　　什么是SD NAND呢（以下省略FLASH）？下面的内容是从雷龙发展官网的介绍中得到：

　　SD NAND俗称贴片式TF卡，尽管与TF卡名称类似，但是有较大的区别：

　　相比常见的TF卡，SD NAND是专门为内置存储进行设计，焊接在PCB板上以供工业级产品的应用。因此对品质稳定性、一致性、以及尺寸都有较高的要求。

　　下图中左侧即为SD NAND、右侧是常见的TF卡。

　　3 样品申请

　　本文所使用的CS创世SD NAND是从深圳雷龙发展申请获得，可以在官网中最上面找到申请样品的入口：

　　深圳市雷龙发展有限公司创立于2008年，专注NAND Flash设计研发13年。创始人均为步步高/华为技术背景出身。是一家专注于存储元器件代理分销商。 如果有一些技术问题也可以和其公司人员进行沟通，相关的工作人员非常专业和热心。

　　下图是我收到的测试样品：

　　4 电路结构与接口协议

　　4.1 SD NAND

　　本文所使用的产品是CSNP4GCR01-AMW，是雷龙的第二代产品，产品如下图所示：

　　数据手册可以在立创商城进行下载，其封装与连接的电路原理参考图如下图所示：

　　芯片共包含8个引脚，包括4根数据线（6、7、1、2）；2根电源线（4、8）；1根时钟线（3）；1根命令控制线（5）

　　手册中提供了SD NAND的两种使用模式，分别为SD MODE 以及 SPI MODE。他们所对应的引脚定义，如下图所示：

　　对于两种模式的切换，官方给出了初始化的方式。下文在代码的时序部分也会涉及到相关内容。

　　在对SD卡数据读写速度要求不高的情况下，选用SPI通信模式可以说是一种最佳方案。因为在该模式下，同只需要通过四根线就是可以完成所有的数据交换，可以为我们节省出宝贵的FPGA I/O资源。下图给出了SPI一对一通信时，主设备与从设备之间的连接关系。

　　（注：SPI协议详解传送门）

　　因此本文主要介绍SPI MODE下各个引脚的功能：

　　确定了通讯模式后，也就便于我们后文中，利用这种通讯模式按照SD卡的读写时序进行读写操作。

　　4.2 SD NAND测试板

　　单独的SD NAND不便于我们使用FPGA进行读写测试，好在官方提供了测试板，如下图所示：

　　有了它就可以轻松实现SD NAND与我们常见的FPGA开发板上的Micro SD插槽进行连接与测试了。

　　适用产品:LGA8，6x8mm 封装的SD NAND产品。

　　测试板尺寸:长度6.22厘米，宽度2.49厘米，接口长度2.53厘米。

　　使用方法:将芯片焊接至测试板上，可在原有的Micro SD卡座上直接调试和测试。

　　准备工具:热风枪，锡膏，镊子。温度要求:将热风枪温度调至300摄氏度℃即可焊接。

　　4.3 FPGA开发板

　　本文所使用的是黑金的AX301开发板，上面装有一个 Micro SD 卡座， FPGA 通过 SPI 数据总线访问 Micro SD 卡,SD 卡座和 FPGA 的硬件电路连接如下：

　　借由硬件电路的连接，FPGA可以直接与我们的SD NAND进行通信了。

　　至此，我们已经实现了SD NANDSPI通信方式方案的确定以及基于此的硬件电路连接，下一步就是根据SD卡的读写时序讲通信方式初始化为SPI模式，并按照SD卡协议进行读写操作。