雷龙 nand 基于Zynq FPGA对雷龙SD NAND的测试

发布时间 : 2024-10-06

作者 : 小编

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基于Zynq FPGA对雷龙SD NAND的测试

文章目录

一、SD NAND特征

1.1 SD卡简介

1.2 SD卡Block图

二、SD卡样片

三、Zynq测试平台搭建

3.1 测试流程

3.2 SOC搭建

四、软件搭建

五、测试结果

六、总结

一、SD NAND特征

1.1 SD卡简介

雷龙的SD NAND有很多型号，在测试中使用的是CSNP4GCR01-AWM与CSNP32GCR01-AOW。芯片是基于NAND FLASH 和 SD控制器实现的SD卡。具有强大的坏块管理和纠错功能，并且在意外掉电的情况下同样能保证数据的安全。

其特点如下：

接口支持SD2.0 2线或4线；

电压支持：2.7V-3.6V；

默认模式:可变时钟速率0 - 25MHz，高达12.5 MB/s的接口速度(使用4条并行数据线)

高速模式:可变时钟速率0 - 50MHz，高达25 MB/s的接口速度(使用4条并行数据线)

工作温度：-40°C ~ +85°C

存储温度：-55°C ~ +125°C

待机电流小于250uA

修正内存字段错误；

内容保护机制——符合SDMI最高安全标准

SDNAND密码保护(CMD42 - LOCK_UNLOCK)

采用机械开关的写保护功能

内置写保护功能(永久和临时)

应用程序特定命令

舒适擦除机制

该SD卡支持SDIO读写和SPI读写，最高读写速度可达25MB/s，实际读写速度要结合MCU和接口情况实测获得。通常在简单嵌入式系统并对读写速度要求不高的情况下，会使用SPI协议进行读写。但不管使用SDIO还是SPI都需要符合相关的协议规范，才能建立相应的文件系统；

1.2 SD卡Block图

该SD卡封装为LGA-8；引脚分配与定义如下；在这里插入图片描述:

二、SD卡样片

与样片同时寄来的还有转接板，转接板将LGA-8封装的芯片转接至SD卡封装，这样只需将转接板插入SD卡卡槽即可使用。

在这里插入图片描述:

三、Zynq测试平台搭建

测试平台为 Xilinx 的Zynq 7020 FPGA芯片；板卡：Digilent Zybo Z7 Vivado版本：2018.3 文件系统：FATFS SD卡接口：SD2.0

3.1 测试流程

本次测试主要针对4G和32G两个不同容量的SD卡，在Zynq FPGA上搭建SD卡 读写回路，从而对SD卡读写速度进行测试，并检验读写一致性；

测试流程：

进入测试程序前，首先会对SD卡初始化并初始化建立FATFS文件系统，随后进入测试SD卡测试程序，在测试程序中，会写入一定大小的文件，然后对写入文件的时间进行测量，得到写入时间；然后再将写入的文件读出，测量获得读出时间，并将读出数据与写入数据相比较，检测是否读写出错。

通过写入时间、读出时间可计算得到写入速度、读出速度；将以上过程重复100次并打印报告。

3.2 SOC搭建

硬件搭建框图如下，我们在本次系统中使用PS端的SDIO接口来驱动SD NAND芯片，并通过UART向PC打印报告；

PL端的硬件搭建也很简单，只需一个Timer定时器来做时间测量；

我们直接使用Zybo板卡文件创建一个工程，工程会将Zybo具有的硬件资源配置好；

首先点击setting->IP->Repository->+；添加Timer IP核的路径，Timer IP核会在工程中给出；

点击Create Block Design创建BD工程

在创建的过程中添加Zynq 内核；

由于我们使用了板卡文件，所以内核IP是配置好的，我们只需稍作修改即可，如果是其他板卡，则需要自行配置DDR等配置；

双击内核IP，点击Clock Configuration->PL Fabric Clocks，将FCLK_CLK0的时钟频率修改为100Mhz

添加TimerA IP；

依次点击上方的自动设计，完成SOC搭建；

点击BD设计，并创建顶层文件

生成比特流文件；

在生成比特流文件后，将其导入SDK；

点击Export->Export Hardware，导出硬件；然后点击Launch SDK打开SDK进行软件设计；

四、软件搭建

在SDK中新建一个空白工程；

点击file -> new -> Application project;

在新建的过程中创建一个main.c文件，并在里面编写测试程序如下：

在每次读写开始前，通过TimerA0_start()函数开始计时，在读写结束后可以通过TimerA0_stop()结束计时，从而测得消耗时间。

相应的Timer驱动函数在user/TimerA_user.c中定义；

#include "xparameters.h" /* SDK generated parameters */#include "xsdps.h" /* SD device driver */#include "xil_printf.h"#include "ff.h"#include "xil_cache.h"#include "xplatform_info.h"#include "time.h"#include "../user/headfile.h"#define PACK_LEN 32764static FIL fil; /* File object */static FATFS fatfs;static char FileName[32] = "Test.txt";static char *SD_File;char DestinationAddress[PACK_LEN] ;char txt[1024];char test_buffer[PACK_LEN];void TimerA0_init(){TimerA_reset(TimerA0);//reset timerA deviceTimerA_Set_Clock_Division(TimerA0,100);//divide clock as 100000000/100 = 1MhzTimerA_Stop_Counter(TimerA0);//stop timerA}void TimerA0_start(){TimerA_SetAs_CONTINUS_Mode(TimerA0);}void TimerA0_stop(){TimerA_Stop_Counter(TimerA0);}uint32 SDCard_test(){uint8 Res;uint32 NumBytesRead;uint32 NumBytesWritten;uint32 BuffCnt;uint8 work[FF_MAX_SS];uint32 take_time=0;uint32 speed = 0;uint32 test_time = 0;uint32 w_t=0;uint32 r_t=0;float wsum = 0;float rsum = 0;TCHAR *Path = "0:/";for(int i=0;i{test_buffer[i] = 'a';}Res = f_mount(&fatfs, Path, 0);if (Res != FR_OK) {return XST_FAILURE;}Res = f_mkfs(Path, FM_FAT32, 0, work, sizeof work);if (Res != FR_OK) {return XST_FAILURE;}SD_File = (char *)FileName;Res = f_open(&fil, SD_File, FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE | FA_READ);if (Res) {return XST_FAILURE;}Res = f_lseek(&fil, 0);if (Res) {return XST_FAILURE;}while(1){TimerA_reset(TimerA0);TimerA0_start();Res = f_write(&fil, (const void*)test_buffer, PACK_LEN,&NumBytesWritten);TimerA0_stop();take_time = TimerA_Read_Counter_Register(TimerA0);w_t+=take_time;xil_printf("--------------------------------\n");xil_printf("take time:%d us\n",take_time);speed = PACK_LEN*(1000000/((float)(take_time)));sprintf(txt,"write speed:%.2f MB/s\n",(float)(speed)/1024/1024);wsum = wsum+speed;xil_printf(txt);xil_printf("--------------------------------\n");if (Res) {return XST_FAILURE;}Res = f_lseek(&fil, 0);if (Res) {return XST_FAILURE;}TimerA_reset(TimerA0);TimerA0_start();Res = f_read(&fil, (void*)DestinationAddress, PACK_LEN,&NumBytesRead);TimerA0_stop();take_time = TimerA_Read_Counter_Register(TimerA0);r_t+=take_time;xil_printf("--------------------------------\n");xil_printf("take time:%d us\n",take_time);speed = PACK_LEN*(1000000/((float)(take_time)));sprintf(txt,"read speed:%.2f MB/s\n",(float)(speed)/1024/1024);rsum = rsum+speed;xil_printf(txt);xil_printf("--------------------------------\n");if (Res) {return XST_FAILURE;}for(BuffCnt = 0; BuffCnt < PACK_LEN; BuffCnt++){if(test_buffer[BuffCnt] != DestinationAddress[BuffCnt]){xil_printf("%dno",BuffCnt);return XST_FAILURE;}}xil_printf("test num:%d data check right!\n",test_time+1);test_time++;if(test_time==100){sprintf(txt,"Total write: %.2f KB,Take time:%.2f ms, Write speed:%.2f MB/s\n",PACK_LEN*100/1024.0,w_t/100.0/1000.0,wsum/100/1024/1024);xil_printf(txt);sprintf(txt,"Total read: %.2f KB,Take time:%.2f ms, Read speed:%.2f MB/s\n",PACK_LEN*100/1024.0,r_t/100.0/1000.0,rsum/100/1024/1024);xil_printf(txt);Res = f_close(&fil);if (Res) {return XST_FAILURE;}return 0;}}}int main(void){TimerA0_init();SDCard_test();xil_printf("finish");return 0;}

五、测试结果

经测试，两种型号的芯片读写速度如下图表所示。

其SD NAND的读写速度随着读写数据量的增加而增加，并且读速率大于写速率，这符合SD卡的特性；

对比两种型号SD NAND芯片，发现CSNP32GCR01-AOW型号具有更高的读写速度；

六、总结

本来打算拿这些样片去试试信息安全领域是否有所应用，但发现其似乎内置了复位或初始化，导致无法提取上电时的不确定值，故无法提取该SD NAND的物理不可克隆特性，所以这方面的测试无法进行；

对于芯片正常读写的测试结果，还是很让人满意的，芯片的价格也很合理。并且LGA-8封装更适合无卡槽的嵌入式开发板设计，在一定的应用领域有着简化硬件设计、减小硬件面积的功能。

最后贴上测试工程的链接，还迎复现实验: https://gitee.com/gewenjie_host/sd_-nand_-zynq700_test

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【本文转载自CSDN，作者：PPRAM】

CS创世SD NAND的存储芯片应用方案

前言:

　很感谢深圳雷龙发展有限公司为博主提供的两片SD NAND的存储芯片，在这里博主记录一下自己的使用过程以及部分设计。

深入了解该产品：

　拿到这个产品之后，我大致了解了下两款芯片的性能。CSNP4GCR01-AMW是一种基于NAND闪存和SD控制器的4Gb密度嵌入式存储；而CSNP32GCR01-AOW是一种基于NAND闪存和SD控制器的32Gb密度嵌入式存储。与原始NAND相比其具有嵌入式坏块管理和更强的嵌入式ECC。即使在异常断电，它仍然可以安全地保存数据。作为一个存储芯片，它确实做到了小巧，LGA-8的封装对比我之前用到过的TF卡，只占到了其面积的三分之一，这样对于一些嵌入式的设计就方便了很多。

　雷龙官方还很贴心的提供了样品的测试板，在这款测试板上，我焊接了4GB的CSNP4GCR01-AMW上去，并且跑了一下分，对于一款小的存储芯片而言，实在难得。

　（上图为测试板焊接图）

　博主日前在设计基于H616与NB-IOT的嵌入式智能储物柜的时候考虑过存储方面的问题，当时在SD NAND和EMMC与TF卡中徘徊，以下是几个存储类型的对比。

　经过多方对比，本着不需要频繁更换的原则，同时也为了更好的防水和成本考虑，最终决定使用雷龙公司的SD NAND 作为设计样品的存储部分。

　此外，SD NAND还具有不用写驱动程序自带坏块管理的NAND FLASH（贴片式TF卡），不标准的SDIO接口，也同时兼容SPI/SD接口，10万次的SLC晶圆擦写寿命，通过一万次的随机掉电测试耐高低温，经过跑分测得，速度级别Class10。标准的SD2.0协议，普通的SD卡可以直接驱动，支持TF卡启动的SOC都可以用SD NAND，而且雷龙官方还贴心的提供了STM32参考例程和原厂技术支持，这对于刚上手的小白而言，十分友好。

设计理念：

　使用H616作为主控CPU并搭配NB-IOT来向申请下来的云端传输数据，当WIFI正常时，储物数据每搁两小时向云端传输一次，当有人取出物品时再次向云端发送一次数据（不保留在SD NAND中）；一旦系统检测到WIFI出现问题，储物数据转而存储到SD NAND中，取物时输入的物品ID和取出时间一并放入SD NAND中（我也是看中了SD NAND与原始NAND相比其具有嵌入式坏块管理和更强的嵌入式ECC。即使在异常断电，它仍然可以安全地保存数据这一点）。

部分SD NAND的参考设计

　根据官方数据手册提供的SD NAND参考设计，只占用8个GPIO，对于H616来说，确实很友好

　这里为了不泄露他人的劳动成果，我也就不粘PCB设计了。

采用H616驱动SD NAND的示例代码

　下面是关于H616驱动SD NAND的示例代码，这里记录一下自己当初的学习过程（注：这个代码不能直接拿过来就用，而是要根据自己的需求修改）

#include <stdio.h>#include <stdint.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include "h616_sdio.h"// 定义SDIO引脚#define SDIO_CMD_PIN 0#define SDIO_CLK_PIN 1#define SDIO_D0_PIN 2#define SDIO_D1_PIN 3#define SDIO_D2_PIN 4#define SDIO_D3_PIN 5// 定义NAND芯片命令#define CMD_READ 0x00#define CMD_WRITE 0x80#define CMD_ERASE 0x60#define CMD_STATUS 0x70#define CMD_RESET 0xff// 定义NAND芯片状态#define STATUS_READY 0x40#define STATUS_ERROR 0x01// 初始化SDIO控制器void sdio_init(){// 设置SDIO引脚模式和速率h616_sdio_set_pin_mode(SDIO_CMD_PIN, H616_SDIO_PIN_MODE_SDIO);h616_sdio_set_pin_mode(SDIO_CLK_PIN, H616_SDIO_PIN_MODE_SDIO);h616_sdio_set_pin_mode(SDIO_D0_PIN, H616_SDIO_PIN_MODE_SDIO);h616_sdio_set_pin_mode(SDIO_D1_PIN, H616_SDIO_PIN_MODE_SDIO);h616_sdio_set_pin_mode(SDIO_D2_PIN, H616_SDIO_PIN_MODE_SDIO);h616_sdio_set_pin_mode(SDIO_D3_PIN, H616_SDIO_PIN_MODE_SDIO);h616_sdio_set_clock(H616_SDIO_CLOCK_FREQ_25MHZ);// 初始化SDIO控制器h616_sdio_init();}// 发送NAND芯片命令void nand_send_cmd(uint8_t cmd){// 设置SDIO控制器传输模式和命令码h616_sdio_set_transfer_mode(H616_SDIO_TRANSFER_MODE_WRITE);h616_sdio_set_command_code(cmd);// 发送命令h616_sdio_send_command();}// 发送NAND芯片地址void nand_send_addr(uint32_t addr){// 设置SDIO控制器传输模式和地址h616_sdio_set_transfer_mode(H616_SDIO_TRANSFER_MODE_WRITE);h616_sdio_set_address(addr);// 发送地址h616_sdio_send_address();}// 读取NAND芯片数据void nand_read_data(uint8_t *data, uint32_t size){// 设置SDIO控制器传输模式h616_sdio_set_transfer_mode(H616_SDIO_TRANSFER_MODE_READ);// 读取数据h616_sdio_read_data(data, size);}// 写入NAND芯片数据void nand_write_data(const uint8_t *data, uint32_t size){// 设置SDIO控制器传输模式h616_sdio_set_transfer_mode(H616_SDIO_TRANSFER_MODE_WRITE);// 写入数据h616_sdio_write_data(data, size);}// 读取NAND芯片状态uint8_t nand_read_status(){uint8_t status;// 发送读取状态命令nand_send_cmd(CMD_STATUS);// 读取状态nand_read_data(&status, 1);return status;}// 等待NAND芯片准备就绪void nand_wait_ready(){uint8_t status;// 循环读取状态，直到NAND芯片准备就绪do {status = nand_read_status();} while ((status & STATUS_READY) == 0);}// 读取NAND芯片数据void nand_read(uint32_t page, uint32_t column, uint8_t *data, uint32_t size){// 发送读取命令和地址nand_send_cmd(CMD_READ);nand_send_addr(column | (page << 8));// 等待NAND芯片准备就绪nand_wait_ready();// 读取数据nand_read_data(data, size);}// 写入NAND芯片数据void nand_write(uint32_t page, uint32_t column, const uint8_t *data, uint32_t size){// 发送写入命令和地址nand_send_cmd(CMD_WRITE);nand_send_addr(column | (page << 8));// 写入数据nand_write_data(data, size);// 等待NAND芯片准备就绪nand_wait_ready();}// 擦除NAND芯片块void nand_erase(uint32_t block){// 发送擦除命令和地址nand_send_cmd(CMD_ERASE);nand_send_addr(block << 8);// 等待NAND芯片准备就绪nand_wait_ready();}// 复位NAND芯片void nand_reset(){// 发送复位命令nand_send_cmd(CMD_RESET);// 等待NAND芯片准备就绪nand_wait_ready();}// 示例程序入口int main(){uint8_t data[2048];memset(data, 0x5a, sizeof(data));// 初始化SDIO控制器sdio_init();// 复位NAND芯片nand_reset();// 擦除第0块nand_erase(0);// 写入第0页nand_write(0, 0, data, sizeof(data));// 读取第0页nand_read(0, 0, data, sizeof(data));return 0;}

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【本文转载自CSDN，作者：孙启尧】

基于Zynq FPGA对雷龙SD NAND的测试

文章目录

一、SD NAND特征

二、SD卡样片

三、Zynq测试平台搭建

四、软件搭建

五、测试结果

六、总结

CS创世SD NAND的存储芯片应用方案

前言:

深入了解该产品：

设计理念：

部分SD NAND的参考设计

采用H616驱动SD NAND的示例代码

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