NandFlash及相关技术说明.

NANDFlash及相关技术说明Contents2.关键技术1.综述3.技术展望4.Q&A综述什么是NANDFlashNANDFlash是一种非易失性存储设备(Non-volatileMemoryDevice)，与其类似的是NORFlash。NANDFlash种类NANDFlash有两种：SLC（SingleLevelCell）和MLC（MultiLevelCell）。SLC：单个存储单元，只存储一位数据，表示成1或0。单个存储单元中内部所存储电荷的电压和某个特定的阈值电压V相比，如果大于此V值，就是表示1，反之，就表示0。综述NANDFlash种类MLC:与SLC相对应，就是单个存储单元，可以存储多个位，比如2位，4位等。其实现机制就是通过控制内部电荷的多少，分成多个阈值，通过控制里面的电荷多少，而达到我们所需要的存储成不同的数据。NANDFlash和NORFlash写入数据的过程，其实是放电的过程，即由10的过程。所谓的擦除，也即充电的过程，即由01的过程。正因为NANDFlash采用了块擦除方式即同一物理块同时充电的操作，提升了擦除的效率。CompanyLogo综述NANDFlash种类优缺点比较:速度：SLC芯片理论速度为MLC的3倍左右。MLC芯片理论速度只能达到2MB/s左右。（MLC芯片理论速度只有2MB/s左右，市面上存储卡性能普遍高于此值，为什么？）寿命：SLC芯片单个单元可以写10万次左右。MLC芯片单个单元可以写10万次左右。综述NANDFlash种类优缺点比较:成本：SLC芯片相对价格较高。MLC芯片相对价格较低。容量：SLC芯片容量偏小—与成本相关联。MLC芯片容量可以支持大容量的市场需求。所以，虽然MLC的各项指标都落后于SLC闪存，但是MLC在架构上取胜SLC，MLC肯定是今后的发展方向。综述NANDFlash结构综述NANDFlash结构一个NANDFlash由很多个块（Block）组成；每个块由很多页（page）组成；每一个页，分为数据区和空闲区域（sparearea）/冗余区域（redundantarea），Linux内核中，称之为OOB（OutOfBand）（为什么）；一个NANDFlash由多个Plane组成（有什么作用？）综述NANDFlash管脚信号为何需要ALE和CLE？综述NANDFlash优缺点优点：NAND的写入速度快；NAND的擦除速度快（1Mb擦除仅需700us）；NAND支持大容量存储（4GB、8GBor）；NAND成本低。综述NANDFlash优缺点缺点：写入前需要擦除；擦除次数有限（MLC10万次左右？）；NAND存在位反转的问题；NAND存在坏块，并且是随机的，并且在使用中也会产生坏块。关键技术NANDFlash关键技术FTL（FlashTranslationLayer）FTL实质上是一个LBAPBA的过程，目的是为了写入数据时异地更新，提高写入数据效率，保证使用寿命，并且在LBAPBA的过程中，会屏蔽坏块，使得对于HOST端来说，看到的始终是连续的一块地址空间。关键技术NANDFlash关键技术典型FTL（基于Page映射）（drivers/mtd/ftl.c）关键技术NANDFlash关键技术典型FTL缺点：基于页映射，消耗SRAM空间，例如：目前选用NAND有4096*256页，单页映射需要4字节空间，共需4MBSARM空间。关键技术NANDFlash关键技术典型FTL（基于Block映射）关键技术NANDFlash关键技术典型FTL缺点：频繁操作统一空间造成Merge次数过多，效率低下；映射粗放，容易造成碎片增多。关键技术NANDFlash关键技术典型NFTL（基于Hybrid映射）（drivers/mtd/nftlcore.c&nftlmount.c）关键技术NANDFlash关键技术典型NFTL（基于Hybrid映射）（drivers/mtd/nftlcore.c&nftlmount.c）关键技术NANDFlash关键技术典型NFTL缺点：写入数据和读取数据效率与算法密切相关；致命问题：目前Flash对“随机编程”支持有限。关键技术NANDFlash关键技术基于Log的混合映射关键技术NANDFlash关键技术ECC（ErrorCheckingandCorrection）纠错硬件实现，主要有两种算法:汉明码和BCH；ECC数据存储在Spare区。磨损均衡算法基于确定的磨损均衡算法记录每块擦除的次数，在分配新块写入数据时，选择擦除次数最小的块。该算法优点是能够很好的控制每块的写入次数，达到较好的平衡。缺点是对于冷数据存储的块，很难进行有效的均衡处理关键技术NANDFlash关键技术磨损均衡算法基于随机的磨损均衡算法随机分配块作为新数据写入的块。该算法优点是简单。缺点是磨损效果随机。基于混合的磨损均衡算法记录每块的擦除次数，并且采取一定的策略，对冷数据进行适当的处理，将冷数据所在块释放为空闲块。技术展望技术展望片选无关(CEdon’t-care)技术由于某些外部应用的频率比较低，而NANDFlash内部操作速度比较快，所以具体读写操作的大部分时间里面，都是在等待外部命令的输入，“不关心片选”技术，就是在NANDFlash的内部的相对快速的操作（读或写）完成之后，就取消片选。待下次外部命令/数据/地址输入来的时候，再选中芯片，即可正常继续操作了。主要目的是为了降低功耗。技术展望技术展望Copy-Back技术简单的说就是将一个页的数据，拷贝到另一个页。若没有Copy-Back功能，那么正常的做法就是先要将页数据拷贝出来放到内存的数据buffer中，再用写命令将页数据，写到新的页里面。Copy-Back功能的好处在于，不需要用到外部的存储空间，而是可以直接读取数据到内部的页寄存器（pageregister）然后写到新的页里面去。同时为了保证数据的正确，要硬件支持EDC（ErrorDetectionCode）的，否则，在数据的拷贝过程中，可能会出现错误，并且拷贝次数多了，可能会累积更多错误。技术展望技术展望同时编程技术支持同时对多个片进行编程，比如三星的K9K8G08U0A，内部包含4片(Plane)，分别叫做Plane0，Plane1，Plane2，Plane3。由于硬件上，对于每一个Plane，都有对应的大小是2048+64=2112字节的页寄存器（PageRegister），使得同时支持多个Plane编程成为可能。技术展望技术展望交错编程技术多Plane同时编程，是针对一个chip里面的多个Plane来说的，而此处的交错页编程，是指对多个chip而言的。可以先对chip1一页进行编程，chip1内部就开始将数据写到页里面，处于忙的状态，而此时可以利用这个时间，对出于就绪状态的chip2也进行页编程，发送对应的命令后，chip2内部开始写数据到存储单元里面去了，之后处于忙的状态。再去检查chip1，若编程完成则可以开始下一页的编程，完命令发送后，再去检查chip2，若编程完成，也可以进行其他页的编程。如此交互操作chip1和chip2，可以有效地利用时间，使得整体编程效率提高近2倍，大大提高NANDFlash的编程/擦写速度了。Q&AQ&ACompanyLogoThankYou!