NANDFLASH编程总结.docx
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NANDFLASH编程总结.docx
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NANDFLASH编程总结
NANDFLASH操作总结
目前NANDFLASH主要是SAMSUNG、TOSHIBA两家公司生产。
本文我们主要讨论这两家的产品型号。
另外我们还会讨论Hitachi的ANDFlash,
为了内容条理起见,我们将分别讨论SAMSUNG、TOSHIBA的BinaryFlash,详细说明:
1、各个厂家各个型号Flash的操作时序、以及这些操作在“USB-闪存盘控制器”中的影响;2、同一厂家不同型号间的区别、不同厂家之间的区别;
然后讨论TOSHIBA的MLCFlash;
最后我们要考虑一下ANDFlash的情况,并给出一个初步的结论:
我们是否需要支持ANDFlash。
通过这些比较,给出一个较明确的结论:
我们的“USB-闪存盘控制器”需要支持的Flash操作有那些,时序图如何!
SAMSUNG:
SAMSUNG推出的NANDFlash主要有以下容量:
32Mbit、64Mbit、128Mbit、256Mbit、512Mbit、1Gbit、2Gbit、4Gbit通常,我们把其中的1Gbit、2Gbit、4Gbit叫做“大容量”,其余的则不加强调。
32Mbit、64Mbit、128Mbit、256Mbit、512Mbit的Flash的特性基本相似:
∙Organization
-DataRegister:
(512+16)Byte
∙AutomaticProgramandErase
-PageProgram:
(512+16)Byte
-BlockErase:
(8K+256)Byte/(16K+512)Byte
∙528-BytePageReadOperation
-RandomAccess:
10μs(Max.)
-SerialPageAccess:
50ns(Min.)
∙FastWriteCycleTime
-Programtime:
200μs(typ.)
-BlockErasetime:
2ms(typ.)
∙Flash操作包括基本的七种操作:
Read1、Read2、ReadID、Reset、PageProgram、BlockErase、ReadStatus
512Mbit的Flash引入了“Plane”和“Copy-Back”的概念,并为此增加了四种新的操作,但却放弃了128Mbit、256Mbit中“SequentialDataInput”操作,这四种操作是:
针对“Plane”的PageProgram(Dummy)、Multi_PlaneBlockErase、ReadMulti_PlaneStatus、针对“Copy-Back”的Copy_BackProgram
1Gbit、2Gbit、4Gbit(大容量)的操作基本相同,但他们比一般Flash多了Copy-Back、CacheProgram的功能:
∙Organization
-DataRegister:
(2K+64)Byte
-CacheRegister:
(2K+64)Byte
∙AutomaticProgramandErase
-PageProgram:
(2K+64)Byte
-BlockErase:
(128K+4K)Byte
∙PageReadOperation
-RandomAccess:
25μs(Max.)
-SerialPageAccess:
50ns(Min.)
∙FastWriteCycleTime
-Programtime:
300~400μs(typ.)
-BlockErasetime:
2ms(typ.)
∙大容量Flash操作包括七种基本操作中的六种:
Read、ReadID、Reset、PageProgram、BlockErase、ReadStatus,大容量Flash的Page不再分为A、B、C区,所以也不再有Read1、Read2的区分。
另外支持五种高性能操作方式:
ReadforCopy-Back、CacheProgram、Copy-BackProgram、RandomDataInput、RandomDataOutput。
下面我们就讨论一下各个操作的详细时序。
Read1操作示意图:
Read1操作时序图:
普通Flash的Page划分为A、B、C三个区,其中A区是0~255Byte,B区是256~511Byte,C区是512~527Byte,Read1操作是针对A、B区的,也就是说Rread1操作只能访问512Byte的数据区;而16Byte的冗余区则是通过Read2来完成的。
Read1操作可以通过CE/信号来中断读操作。
下面是Read2的操作:
Read1操作示意图:
Read1操作时序图:
另外,对于读操作还有一种“行连续读”,她可以连续读数据区或者冗余区的数据,其操作示意图如下:
SequentialRowRead1Operation
对于Read2操作同样也有“连续读”操作,操作示意图如下:
SequentialRowRead2Operation(GNDInput=FixedLow)
PAGEPRGRAM
由于NANDFlash的写入是以PGAE为单位的,并且对于所有写入操作,我们都需要有一个“读状态”操作来判断数据是否正确写入,所以,我们把写入和读状态操作放在一起来进行说明,操作示意图如下:
Program&ReadStatusOperation
其操作时序图如下:
PAGEPROGRAMOPERATION
BLOCKERASE
在NANDFlash中,擦除是以BLOCK为单位的,我们称之为“块擦除”,她是正确写入数据的前提。
因为每次写入时我们都必须保证写入单元为FF,否则将不能把原来为“0”的bit改写为“1”。
“块擦除”完成后也需要有一个“读状态”操作来判断擦除是否完成。
操作示意图如下:
BlockEraseOperation
操作时序如下:
BLOCKERASEOPERATION(ERASEONEBLOCK)
READID
读ID,顾名思义,就是读出该芯片的信息。
操作示意图如下:
操作时序图如下:
MANUFACTURE&DEVICEIDREADOPERATION
RESET
RESET操作可以用来中断一些操作,但在一般操作中,我们不建议这么做。
RESET操作其实很少用到,所以我们只在下面给出其操作示意图:
RESETOperation
以上我们对一般FLASH的七种基本操作做了说明。
下面就结合各个具体型号对其所具有的特色操作作以总结:
由第一部分我们比较的结果可以发现:
32Mbit、64Mbit、128Mbit、256Mbit只具有七项基本操作;
512Mbit基本具有了“大容量”FLASH的一些特性,算是一种过渡。
由于其具有了“CopyBack”特性,和“PLANE”结构,所以他有比以前容量更灵活和强大的操作。
1Gbit、2Gbit、4Gbit这些都是“大容量”FLASH,由于PAGE大小的改变,并且新增了CACHEREGISTER,所以,“大容量”FLASH不支持READ1,READ2,只有READ功能,但是可以灵活地读出一段数据。
另外,她还增加了五条功能十分强大的操作,这些我们将详细介绍他们。
我们下面就总结一下512MbitFLASH的特性:
为了更好地理解她的特性,我们先介绍一下“PLANE”的概念。
这款芯片把存储单元分为四个128Mbit的“存储平面”,每个“存储平面”包括1024个BLOCK和528Byte的页寄存器。
这样,每个“存储平面”就可以独立地完成类似页操作的功能,其地址映射情况如下:
MemoryArrayMap
好了,我们现在就看看跟Plane有关的操作:
Multi-PlanePageProgramOperation:
就是在四个Plane内进行Program操作,这样可省去大量的写入等待时间。
因为数据其实是先写入到了各个Plane的寄存器。
但是主要由于芯片本身只有四个Plane,所以每次Multi-PlanePageProgramOperation不能超过四次。
这个操作其实与“大容量”中Cahce操作是相同的。
下面给出操作示意图和时序图:
Four-PlanePageProgram
Multi-PlanePageProgramOperation
Multi-PlaneBlockEraseOperation:
Multi-PlaneBlockEraseOperation
Copy-BackProgramOperation:
这个操作是一个很有用的操作,她可以明显提高写入速度,尤其是在搬移数据时效果更明显。
因为她只要给出两个地址就可以不用去理会了,具体操作硬件自动完成。
其操作时序如下:
Copy-BackProgramOperation:
该操作仅限于在同一个Plane内进行。
Copy-BackProgramOperation
下面我们主要讨论有关“大容量”Flash的操作:
PageProgramOperationRandomDataInput:
利用这个操作我们就可以把Page操作任意划分。
也就是说如果U盘控制器硬件支持的话,我们也可以利用大容量Flash。
CacheProgramOperation:
同样,这个操作也仅限于在一个Block内进行。
以上介绍的是SAMSUNG的NANDFlash操作时序,下面就把其交流参数列表如下:
注意:
不同系列的FLASH,参数不太相同,我们要根据需要支持的FLASH的型号来确定我们需要满足的时序特性。
ACTimingCharacteristicsforCommand/Address/DataInput
ACCharacteristicsforOperation
下面我们主要讨论一下TOSHIBANANDFlash的情况。
主要型号有64Mbit、128Mbit、256Mbit、512Mbit、1Gbit、2Gbit。
同样我们把1Gbit、2Gbit的叫做“大容量”。
由于TOSHIBA,与SAMSUNG的FLASH在性能上基本相同,只是在“大容量”时,TOSHIBA明显落后于SAMSUNG,少了很多特性,例如“CopyBack”操作和“CacheProgram”操作。
64Mbit、128Mbit、256Mbit、512Mbit的Flash的特性基本相似:
∙Organization
-DataRegister:
(512+16)Byte
∙AutomaticProgramandErase
-PageProgram:
(512+16)Byte
-BlockErase:
(8K+256)Byte/(16K+512)Byte
∙528-BytePageReadOperation
-RandomAccess:
25μs(Max.)
-SerialPageAccess:
50ns(Min.)
∙FastWriteCycleTime
-Programtime:
200μs(typ.)
-BlockErasetime:
2ms(typ.)
∙Flash操作包括基本的八种操作:
Read1、Read2、Read3、ReadID、Reset、PageProgram、BlockErase、ReadStatus
这里的Read1、Read2、Read3命令与SAMSUNG的Read1、Read2命令功能是相同的。
但她的随机读周期要稍微长一些:
25μs(Max.),其他时间则基本相同。
下面我们就每一个操作做详细的介绍!
时序示意图:
LatchTimingDiagramforCommand/Address/Data(example.64Mbit)
CommandInputCycleTimingDiagram(example.64Mbit)
AddressInputCycleTimingDiagram(example.64Mbit)
DataInputCycleTimingDiagram(example.64Mbit)
SerialReadCycleTimingDiagram(example.64Mbit)
StatusReadCycleTimingDiagram(example.64Mbit)
上面我们给出了各个操作的时序示意图,下面就各个参数进行说明!
ACCHARACTERISTICSANDRECOMMENDEDOPERATINGCONDITIONS
(Ta_0°to70°C,VCC_2.7Vto3.6V)
下面就各个操作的具体时序进行讨论:
ReadCycle
(1)TimingDiagram
ReadCycle
(1)TimingDiagram:
WhenInterruptedbyCE
ReadCycle
(2)TimingDiagram
ReadCycle(3)TimingDiagram
SequentialRead
(1)TimingDiagram
SequentialRead
(2)TimingDiagram
SequentialRead(3)TimingDiagram
Auto-ProgramOperationTimingDiagram
AutoBlockEraseTimingDiagram
IDReadOperationTimingDiagram
同样,TOSHIBA的512MbitFlash也是“大容量”的一种过渡类型。
她也有她自身的一些特殊操作:
“MultiBlockProgramming”、“MultiBlockErase”。
这些类似于SAMSUNG的“MultiPlane”的操作。
其操作时序如下:
MultiBlockProgrammingTiming(tobecontinued)
(continuation1)MultiBlockProgrammingTiming
(continuation2)MultiBlockProgrammingTiming
(continuation3)MultiBlockProgrammingTiming
MultiBlockEraseTimingDiagram
由上面的介绍,我们可以看出所有NANDFlash的特性基本相似:
操作时序、操作特点还有相关的性能参数都相似。
下面我们要介绍的两个类型的Flash都是MLC(MultiLevelCell)结构的Flash。
不过一种是NAND型,另一种是AND型。
我们先来看TOSHIBA的MLCNANDFlash。
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