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                实例解说NAND Flash原理和运用

                2017-02-09 13:20泉源:中国存储网
                导读:本文以Micron公司的MT29F2G08为例引见NAND Flash原理和运用。NAND的外部存储阵列因此页为根本单元停止存取的。

                本文以Micron公司的MT29F2G08为例引见NAND Flash原理和运用。

                1. 概述

                MT29F2G08运用一个高度复用的8-bit总线(I/O[7:0])来传输数据、地点、指令。5个下令脚(CLE、ALE、CE#、WE#)完成NAND下令总线接口规程。3个附加的脚用作: 控制硬件写维护(WP#)、监督芯片形态(R/B#),和提倡上电主动读特性(PRE-仅3V芯片支持)。留意, PRE功用不支持宽温芯片。

                MT29F2G08外部有2048个可擦除的块,每个块分为64个可编程的页,每个页包括2112字节(2048个字节作为数据存储区,64个备用字节普通作为错误办理运用)。

                每个2112个字节的页可以在300us内编程,每个块(64x2112=132K)可以在2ms内被擦除。片上控制逻辑主动停止PROGRAM和ERASE操纵。

                NAND的外部存储阵列因此页为根本单元停止存取的。读的时分,一页数据从外部存储阵列copy到数据存放器,之后从数据存放器按字节顺次输入。写(编程)的时分,也因此页为根本单元的:肇始地点装载到外部地点存放器之后,数据被顺次写入到外部数据存放器,在页数据写入之后,阵列编程进程启动。

                为了添加编程的速率,芯片有一个CACHE存放器。在CACHE编程形式,数据先写入到CACHE存放器,然后再写入到数据存放器,一旦数据copy进数据存放器后,编程就开端。在数据存放器被装载及编程开端之后,CACHE存放器变为空,可以持续装载下一个数据,如许外部的编程和数据的装载并行停止,进步了编程速率。

                外部数据搬移下令(INTERNAL DATA MOVE)也运用外部CAHCE存放器,通常搬移数据需求很永劫间,经过运用外部CACHE存放器和数据存放器,数据的搬移速率大大添加,且不需求运用内部内存。

                2. 功用框图

                实例解说NAND Flash原理和运用

                3. 管脚

                称号

                范例

                描绘

                ALE

                I

                地点锁存使能。ALE为高时,在WE#降落沿,地点信息经过I/O[7:0]锁存片内的地点存放器。假如传输的不是地点信息,ALE应该为低。

                CE#

                I

                片选。一旦器件进入PROGRAM或ERASE操纵,CE#可以变有效。

                CLE

                I

                下令锁存使能。CLE为高时,在WE#上升沿,下令经过I/O[7:0]锁存到下令存放器,当不传输下令时,CLE应该为低。

                PRE

                I

                上电读使能。

                RE#

                I

                读使能。

                WE#

                I

                写使能。

                WP#

                I

                写维护。当为低时分,一切的PROGRAM和ERASE都被制止。

                I/O[7:0]

                I/O

                数据输出/输入。传输下令、数据、地点。仅在读操纵时,数据是输入。

                R/B#, R/B2

                O

                预备好/忙。集电极开路输入。内部需求接上拉电阻,这个脚表现芯片正在停止PROGRAM或ERASE操纵。在读操纵时期,表现数据正从阵列中传输到串行数据存放器中,一旦这些操纵完成,R/B#回到High-Z形态。

                Vcc

                电源

                电源

                Vss

                4. 寻址

                实例解说NAND Flash原理和运用

                Block地点和页地点 = 实践的页地点,盼望经过这个图,我们能了解块、页、块地点,页地点,列地点,备份空间,备份地点

                实例解说NAND Flash原理和运用

                Cycle

                I/O7

                I/O6

                I/O5

                I/O4

                I/O3

                I/O2

                I/O1

                I/O0

                1

                CA7

                CA6

                CA5

                CA4

                CA3

                CA2

                CA1

                CA0

                2

                LOW

                LOW

                LOW

                LOW

                CA11

                CA10

                CA9

                CA8

                3

                RA19

                RA18

                RA17

                RA16

                RA15

                RA14

                RA13

                RA12

                4

                RA27

                RA26

                RA25

                RA24

                RA23

                RA22

                RA21

                RA20

                5

                LOW

                LOW

                LOW

                LOW

                LOW

                LOW

                LOW

                RA28

                CAx:列地点;RAx=行地点

                5. 总线操纵

                CLE

                ALE

                CE#

                WE#

                RE#

                WP#

                PRE#

                MODE

                H

                L

                L

                上升沿

                H

                X

                X

                读形式

                下令输出

                L

                H

                L

                上升沿

                H

                X

                X

                地点输出

                H

                L

                L

                上升沿

                H

                H

                X

                写形式

                下令输出

                L

                H

                L

                上升沿

                H

                H

                X

                地点输出

                L

                L

                L

                上升沿

                H

                H

                X

                数据输出

                L

                L

                L

                H

                降落沿

                X

                X

                顺次读和数据输入

                L

                L

                L

                H

                H

                X

                X

                在读时期(忙)

                X

                X

                X

                X

                X

                H

                X

                在编程时期(忙)

                X

                X

                X

                X

                X

                H

                X

                在擦除时期(忙)

                X

                X

                X

                X

                X

                L

                X

                写维护

                X

                X

                H

                X

                X

                0V/Vcc

                0V/Vcc

                待机

                上电主动读:在上电时期,PRE为VCC,3V VCC器件主动传输第一页到数据存放器,而无需求公布一个下令或地点锁存序列。在VCC到达约莫2.5V的时分,外部电压检测器触发上电主动读功用。在第一页数据copy到数据存放器进程中,R/B#为低,当copy完毕后,R/B#变高,在RE#脉冲的作用下第一页数据可以顺次输入。

                实例解说NAND Flash原理和运用

                6. 下令表

                操纵

                周期1

                周期2

                在忙时期无效

                PAGE READ

                0x00

                0x30

                NO

                PAGE READ CACHE MODE START

                0x31

                -

                NO

                PAGE READ CACHE MODE START LAST

                0x3F

                -

                NO

                READ for INTERNAL DATA MOVE

                0x00

                0x35

                NO

                RANDOM DATA READ

                0x05

                0xE0

                NO

                READ ID

                0x90

                -

                NO

                READ STATUS

                0x70

                -

                NO

                PROGRAM PAGE

                0x80

                0x10

                NO

                PROGRAM PAGE CACHE

                0x80

                0x15

                NO

                PROGRAM for INTERNAL DATA MOVE

                0x85

                0x10

                NO

                RANDOM DATA INPUT for PROGRAM

                0x85

                -

                NO

                BLOCK ERASE

                0x60

                0xD0

                NO

                RESET

                0xFF

                -

                YES

                7. PAGE READ,0x00-0x30

                实例解说NAND Flash原理和运用

                5个地点周期,确定了读出的肇始地点,数据才RE#脉冲的作用下,从这个肇始地点开端顺次输入,直到这一页的完毕。

                8. RANDOM DATA READ,0x05-0xE0

                随机数据读,是为了用户可以设定新的列地点,添加数据读出的灵敏性,随即读形式在页读(0x00-0x30序列)后使能。这个下令的公布次数是不受限定的。但仅仅是以后页数据的读出。

                实例解说NAND Flash原理和运用

                9. PAGE READ CACHE MODE START,0x31;PAGE READ CACHE MODE START LAST,0x3F

                公布PAGE READ下令后,在R/B#变高后,在发送0x31下令,这时启动将数据存放器的内容传给CACHE存放器,然后就可以次序从CACHE里读第一个PAGE READ下令取得数据,由于这是数据存放器是没有效的,因而,芯片主动启动读下一页的PAGE READ下令,将下一页读到数据存放器,可以看出这么做进步的读出的速率,除了第一个PAGE READ下令外,其他PAGE READ下令都是背景主动停止的。再最初一次运用0x3F下令,以便制止芯片再次主动公布PAGE READ下令。

                实例解说NAND Flash原理和运用

                10.READ ID,0x90

                读出厂家的芯片标识。

                实例解说NAND Flash原理和运用

                11. READ STATUS,0x70

                实例解说NAND Flash原理和运用

                读出芯片的8bit形态。可以经过RE#脉冲,重复读。

                12.编程操纵

                PROGRAM PAGE 0x80-0x10:

                Micron NAND FLASH仅支持页的编程,在一个块以内,页必需从一个块的页最低位到这个块的页的最高位延续编程,制止随机页地点的编程。

                芯片也支持页的局部编程操纵,这意味着任何单个位在需求一个擦除之前仅可以被编程一次,但是,这种页能被分别成在需求一个擦除之前容许最大8个编程操纵。

                SERIAL DATA INPUT 0x80:

                PAGE PROGRAM操纵要求加载SERAIL DATA INPUT(0x80)下令进入下令存放器,随着5个地点周期之后,串行数据经过延续的WE#周期加载到值得的肇始地点,PROGRAM(0x10)下令在数据输出完成之后被写入,外部写形态周期主动实行适宜的编程算法,并控制一切须要的定时编程和比拟操纵。写比拟仅仅检测“1”能否被乐成地编程为“0”了。

                R/B#在阵列编程时期(tPROG)为低,在编程操纵时期,仅READ STATUS和RESET下令无效,形态存放器的Bit6反应R/B#的形态,当芯片预备好时,读Bit0的形态确定编程操纵能否乐成或失败,下令存放器在新的无效下令写入之前,不断停顿在读形态存放器形式。

                实例解说NAND Flash原理和运用

                RANDOM DATA INPUT 0x85:

                在提倡数据集输出之后,可以经过RANDOM DATA INPUT下令向新的列地点写入数据。在公布0x10下令之前,可以对统一页屡次运用0x85下令。

                实例解说NAND Flash原理和运用

                PROGRAM PAGE CACHE MODE 0x80-0x15:

                CACHE编程实践上是规范的页编程下令的带缓冲编程形式,编程开端是公布SERIAL DATA INPUT(0x80)下令,随后是5个地点周期,以及页的全部或局部数据,数据copy到CACHE存放器,然后公布CACHE WRITE(0x15)下令。数据在WE#的上升沿锁存到数据存放器,在这个锁存时期,R/B#为低,锁存完毕之后,R/B#变高,编程开端。

                当R/B#变高之后,新的数据可以经过公布另一个CACHE PROGRAM下令来写入,R/B#坚持低的时分由实践的编程工夫来控制,第一次即是数据从CACHE存放器写入到数据存放器需求的工夫,之后,只要数据存放器的内容被编程进阵列之后,CACHE存放器才干锁存到数据存放器,一切,当前的R/B#为低的实践应该更长一些。

                形态存放器中反应CACHE R/B#的Bit6可以经过READ STATUS下令读出,以便确定什么时分,CACHE存放器预备好承受新的数据了。

                形态存放器中反应R/B#的Bit5可以被盘问,以确定什么时分以后编程周期的实践阵列编程完成。

                假如仅运用R/B#来确定编程能否完成,那么编顺序列的最初一页必需运用PROGRAM PAGE(0x10)来替换CACHE PROGRAM(0x15)。假如CACHE PROGRAM下令每次都运用,形态存放器的Bit5必需用来确定编程能否完毕。

                当形态存放器的bit6为1时,形态存放器Bit0前往前一页的编程能否乐成,以后PROGRAM操纵的乐成与否的形态是:Bit5为“1”(预备好形态)时的Bit0形态

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                13.外部数据搬移

                外部数据搬移需求两个下令序列,先公布一个READ FOR INTERNAL DATA MOVE(0x00-0x35),然后公布一个INTERNAL DATA MOVE(0x85-0x10)下令,数据搬移仅仅支持被读数据die范畴。

                READ FOR DATA MOVE 0x00-0x35:先将00写到下令存放器,然后是外部源地点(5个周期),之后,将0x35写到下令存放器,这将起动从内存传输一页到CACHE存放器。虽然5个周期的地点被公布,但是列地点是被疏忽的。如今芯片预备承受INTERNAL DATA  MOVE(0x85-0x00)下令。

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                INTERNAL DATA MOVE 0x85-0x10:在READ FOR INTERNAL DATA MOVE下令公布之后,以及R/B#变高,就可以公布INTERNAL DATA MOVE下令了,这个下令将CACEH存放器内容传输到数据存放器,然后编程到新的目的地点,再INTERNAL DATA MOVE下令以及地点序列之后,R/B#变低,同时外部控制逻辑主动将数据编程到新的页,READ STATUS下令和形态存放器的bit6能替代R/B#,以确定编程什么时分完成。形态存放器Bit0指示操纵能否乐成。在INTERNAL DATA MOVE下令序列时期,RANDOM DATA INPUT(0x85)用来修正原始数据的一个或多个字:起首,运用0x00-0x35下令序列将数据copy到CACHE存放器,然后,运用带要修正的数据地点的下令RANDOM DATA INTPUT(0x85),新的数据输出出现在内部数据脚,这将copy新的数据进入CACHE存放器。当0x10写入下令存放器时分,原始数据+修正的数据被传输到数据存放器。编程新的一页将开端,假如有须要RANDOM DATA INPUT下令可以在启动编顺序列(0x10)之前公布屡次。由于INTERNAL DATA MOVE操纵并不运用内部内存,以是ECC不行能在编程之前用来反省错误,这将能够或招致数据错误。在这种状况下,实行屡次INTERNAL DATA MOVE操纵,这些位错误能够会因没有校正而积聚。由于这个缘由,我们激烈引荐应用INTERNAL DATA MOVE的零碎运用鲁棒ECC方案。这将可以对每个SECTOR校正2个或多个错误。

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                14.块擦除操纵,0x60-0xD0

                一次擦除一个块。三个周期的地点A[28:18]被要求,先公布ERASE SETUP(0x60)下令,然后是三个地点周期,之后是ERASE CONFIRM(0xD0)下令。经过READ STATUS RESGISTER下令读擦除操纵的形态,当bit6=1时,操纵完成,Bit0指示经过/失败条件,0表现经过。

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                15.复位操纵,0xFF

                复位操纵使芯片进入一个已知的形态,中缀正在处置的下令序列。RANDOM READ、PROGRAM、ERASE下令在芯片忙形态可以被中缀,正在被编程的地位或正在擦除的块的内容变有效,数占有能够会局部地被擦除或编程。下令存放器被肃清,预备好进入下一个下令。

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                复位后形态存放器内容:

                条件

                形态

                Bit7

                Bit6

                Bit5

                Bit4

                Bit3

                Bit2

                Bit1

                Bit0

                Hex

                WP#高

                预备好

                1

                1

                1

                0

                0

                0

                0

                0

                0xE0

                WP#低

                预备好和写维护

                0

                1

                1

                0

                0

                0

                0

                0

                0x60

                16.写维护操纵

                写维护是为了避免不警惕的编程和擦除操纵。当WP#为低时分,一切的编程和擦除操纵都市被制止。

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                17.错误办理

                Micron NAND芯片出厂时并不包管芯片中一切的块都是好的,只需2048个块中有不少于2008个残缺块就以为是及格品可以出厂。但是坏的块的存在,并不影响好的块的操纵。在使用零碎中应该提供坏块影射、替换、错误校正等算法就可以包管数据具有很高的牢靠性和完好性。

                每个CE#的第一个块(物理块地点是0)相对是颠末测试,是残缺完好的。这就提供了寄存BOOT代码和紧张信息的存储地位。

                在芯片出厂之前,厂家会在每个坏块的第一或第二页的第一个备份地位(列地点是2048)用非0xFF编程来标识坏块。

                零碎软件在停止任何擦除或编程操纵之前应该反省每个块的第一或第二页的第一个备份地点数据。如许创立一个坏块表。

                颠末肯定工夫的运用,内存的某些地位能够会不克不及准确地编程和擦除,为了确保数据的牢靠性,应该接纳一些防备步伐,比方:

                l  在写、擦除、或数据搬移操纵之后,总是反省形态。

                l  运用某些范例的错误检测改正算法,以便能规复某些细微iede1错误。

                l  运用坏块替换算法。

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                要害词 :
                NAND Flash
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