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基于Zynq FPGA对雷龙SD NAND的测试

🕗 发布于 2024-11-16 04:13 fpga开发  SD NAND  SPI NAND  SPI NAND FLASH  工业级tf卡  

文章目录

SD NAND特征

SD卡简介

雷龙的SD NAND有很多型号，在测试中使用的是CSNP4GCR01-AMW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

密码保护（密码保护）

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卡块图

在这里插入图片描述
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:
在这里插入图片描述

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:
在这里插入图片描述

Zynq测试平台搭建

测试平台为 Xilinx 的Zynq 7020 FPGA芯片；

板卡：迪吉伦特Z7

Vivado版本：2018.3

文件系统：FATFS

SD卡接口：SD2.0

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。
在这里插入图片描述

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；
在这里插入图片描述
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；

在这里插入图片描述
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；
在这里插入图片描述
 点击Create Block Design创建BD工程
 在这里插入图片描述
在创建的过程中添加Zynq 内核；
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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
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 添加TimerA IP；
 在这里插入图片描述
依次点击上方的自动设计，完成SOC搭建；
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点击BD设计，并创建顶层文件

在这里插入图片描述
生成比特流文件；
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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；
在这里插入图片描述
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软件搭建

在SDK中新建一个空白工程；

点击文件—>新建—>应用项目；
在这里插入图片描述

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生成的参数 */

#include "xsdps.h" /* SD 设备驱动程序 */

#include "xil_printf.h"

#包含 "ff.h"

#include "xil_cache.h"

#include "xplatform_info.h"

#包含 "time.h"

#include "../user/headfile.h"



#定义 PACK_LEN 32764



静态 FIL fil； /* 文件对象 */

静态FATFS FATFs；



静态字符 FileName[32] = "Test.txt";

静态字符 *SD_File；



char目的地地址[PACK_LEN]；



char txt[1024];

字符测试缓冲区[PACK_LEN]；



虚空 TimerA0_init（）

{

TimerA_reset（TimerA0）；//重新设置TimerA设备

TimerA_Set_Clock_Division（TimerA0，100）；//将时钟分割为 100000000/100 = 1Mhz

TimerA_停止计数器（TimerA0）；//停止计时器A

}



无TimerA0_start（）

{

TimerA_设置为连续模式（TimerA0）；

}



无TimerA0_停止（）

{

TimerA_停止计时器（TimerA0）；

}









uint32 SDCard_test()

{

uint8 Res；

uint32 NumBytesRead；

uint32NumBytesWritten；

uint32 BuffCnt；

uint8 工作[FF_MAX_SS]；

uint32 占用时间=0；

uint32速度=0；

uint32测试时间=0；

uint32 w_t=0；

uint32 r_t=0；

float wsum = 0；

float rsum=0；





TCHAR *Path = "0:/"；



for（int i=0;我<PACK_LEN;i++）

{

test_buffer[i] = 'a'；

}



Res = f_mount（&fatfs， Path， 0）；



如果（Res！= FR_OK） {

返回XST失败；

}



Res = f_mkfs（路径，FM_FAT32， 0， 工作，工作大小）；

如果（Res！= FR_OK） {

返回XST失败；

}



SD_File = （char *） 文件名；



Res = f_open（&fil， SD_File， FA_始终生成 | FA_写入 | FA_读取）；

如果（Res） {

返回XST失败；

}



Res = f_lseek（&fil， 0）；

如果（Res） {

返回XST失败；

}



同时（1）

{

TimerA_重置（TimerA0）；

TimerA0_开始（）；

Res = f_write（&fil， （const void*） test_buffer， PACK_LEN，

&写入字节数）；

TimerA0_停止（）；

take_time = TimerA_Read_Counter_Register（TimerA0）；

w_t+=需要时间；

xil_printf（"--------------------------------\n");

xil_printf（"花时间:%d 我们\n"，抽时间）；

speed = PACK_LEN*（1000000/（浮动）（占用时间）））；

sprintf（txt，"写入速度:%2f MB/s\n"，（浮动）（速度）/1024/1024）；

wsum = wsum + speed；

xil_printf（txt）；

xil_printf（"--------------------------------\n");

如果（Res） {

返回XST失败；

}



Res = f_lseek（&fil， 0）；

如果（Res） {

返回XST失败；

}



TimerA_重置（TimerA0）；

TimerA0_开始（）；

Res = f_read（&fil， （void*）目的地地址， PACK_LEN，

&NumBytesRead） 的 NumBytesRead）

TimerA0_停止（）；

take_time = TimerA_Read_Counter_Register（TimerA0）；

r_t+=需要时间；

xil_printf（"--------------------------------\n");

xil_printf（"花时间:%d 我们\n"，抽时间）；

speed = PACK_LEN*（1000000/（浮动）（占用时间）））；

sprintf（txt，"读取速度:%2f MB/s\n"，（浮动）（速度）/1024/1024）；

rsum = rsum + speed；

xil_printf（txt）；

xil_printf（"--------------------------------\n");

如果（Res） {

返回XST失败；

}





for（BuffCnt=0；BuffCnt PACK_LEN；BuffCNT++）{

如果（test_buffer[BuffCnt]！= DestinationAddress[BuffCnt]）{

xil_printf（"%dna"，BuffCnt）；

返回XST失败；

}

}

xil_printf（"测试编号:%d数据检查正确！\n"，测试时间+1）；

测试时间++；

如果（测试时间==100）

{

sprintf（txt，"总写入量:%2f KB，占用时间:%2f毫秒，写入速度:%2f MB/s\n",PACK_LEN*100/1024.0,w_t/100.0/1000.0,wsum/100/1024/1024);

xil_printf（txt）；

sprintf（txt，"总读取量:%2f KB，占用时间:%2f毫秒，读取速度:%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）；

如果（Res） {

返回XST失败；

}

返回0；

}

}



}



int main（空）

{

TimerA0_init（）;



SDCard_test（）；

xil_printf（"完成"）；

返回0；

}

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；
在这里插入图片描述
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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

官网链接：http://www.longsto.com/


原文地址：https://blog.csdn.net/bushibrnxiaohaij/article/details/143712171

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