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专家博客:NAND Flash结构与驱动分析

2011-01-11 05:00    it168网站原创  作者: 云衫上的蝴蝶 编辑: 李隽

  【IT168 专稿】NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR flash技术,彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。紧接着,1989年,东芝公司发表了NAND flash结构,强调降低每比特的成本,更高的性能,并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。但是经过了十多年之后,仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR和NAND闪存。本文将重点讲解NAND Flash结构与驱动分析。

  一、NAND flash的物理组成

  NAND Flash 的数据是以bit的方式保存在memory cell,一般来说,一个cell 中只能存储一个bit。这些cell 以8个或者16个为单位,连成bit line,形成所谓的byte(x8)/word(x16),这就是NAND Device的位宽。这些Line会再组成Page,(NAND Flash 有多种结构,我使用的NAND Flash 是K9F1208,下面内容针对三星的K9F1208U0M),每页528Bytes(512byte(Main Area)+16byte(Spare Area)),每32个page形成一个Block(32*528B)。具体一片flash上有多少个Block视需要所定。我所使用的三星 k9f1208U0M具有4096个block,故总容量为4096*(32*528B)=66MB,但是其中的2MB是用来保存ECC校验码等额外数据的,故实际中可使用的为64MB。

  NAND flash以页为单位读写数据,而以块为单位擦除数据。按照这样的组织方式可以形成所谓的三类地址:

  Column Address:Starting Address of the Register. 翻成中文为列地址,地址的低8位

  Page Address :页地址
  Block Address :块地址

  对于NAND Flash来讲,地址和命令只能在I/O[7:0]上传递,数据宽度是8位。

  二、NAND Flash地址的表示

  512byte需要9bit来表示,对于528byte系列的NAND,这512byte被分成1st half Page Register和2nd half Page Register,各自的访问由地址指针命令来选择,A[7:0]就是所谓的column address(列地址),在进行擦除操作时不需要它,why?因为以块为单位擦除。32个page需要5bit来表示,占用A[13:9],即该page在块内的相对地址。A8这一位地址被用来设置512byte的1st half page还是2nd half page,0表示1st,1表示2nd。Block的地址是由A14以上的bit来表示。

  例如64MB(512Mb)的NAND flash(实际中由于存在spare area,故都大于这个值),共4096block,因此,需要12个bit来表示,即A[25:14],如果是128MB(1Gbit) 的528byte/page的NAND Flash,则block address用A[26:14]表示。而page address就是blcok address|page address in block NAND Flash 的地址表示为: Block Address|Page Address in block|halfpage pointer|Column Address 地址传送顺序是Column Address,Page Address,Block Address。

  由于地址只能在I/O[7:0]上传递,因此,必须采用移位的方式进行。 例如,对于512Mbit x8的NAND flash,地址范围是0~0x3FF_FFFF,只要是这个范围内的数值表示的地址都是有效的。 以NAND_ADDR 为例:

  第1 步是传递column address,就是NAND_ADDR[7:0],不需移位即可传递到I/O[7:0]上,而halfpage pointer即A8 是由操作指令决定的,即指令决定在哪个halfpage 上进行读写,而真正的A8 的值是不需程序员关心的。

  第2 步就是将NAND_ADDR 右移9位,将NAND_ADDR[16:9]传到I/O[7:0]上;

  第3 步将NAND_ADDR[24:17]放到I/O上;

  第4步需要将NAND_ADDR[25]放到I/O上;

  因此,整个地址传递过程需要4 步才能完成,即4-step addressing。 如果NAND Flash 的容量是32MB(256Mbit)以下,那么,block adress最高位只到bit24,因此寻址只需要3步。

  下面,就x16 的NAND flash 器件稍微进行一下说明。 由于一个page 的main area 的容量为256word,仍相当于512byte。但是,这个时候没有所谓的1st halfpage 和2nd halfpage 之分了,所以,bit8就变得没有意义了,也就是这个时候 A8 完全不用管,地址传递仍然和x8 器件相同。除了,这一点之外,x16 的NAND使用方法和 x8 的使用方法完全相同。

标签: SSD , 存储配件
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