NAND独家解释解读.docx

1. 【编写驱动之前要了解的知识】Flash的擦除操作是以block块为单位的，与此相对应的是其他很多存储设备，是以bit位为最小读取/写入的单位，Flash是一次性地擦除整个块：在发送一个擦除命令后，一次性地将一个block，常见的块的大小是128KB/256KB全部擦除为1硬件特性:【Flash的硬件实现机制】Flash全名叫做FlashMemory，属于非易失性存储设备(Non-volatileMemoryDevice)，与此相对应的是易失性存储设备(VolatileMemoryDevice)关于什么是非易失性/易失性，从名字中就可以看出，非易失性就是不容易丢失，数据存储在这类设备中，即使断电了，也不会丢失，这类设备，除了Flash，还有其他比较常见的入硬盘，ROM等,与此相对的，易失性就是断电了，数据就丢失了，比如大家常用的内存，不论是以前的SDRAMDDRSDRAM还是现在的DDR2DDR3等，都是断电后，数据就没了Flash的内部存储是MOSFET里面有个悬浮门(FloatingGate)，是真正存储数据的单元在Flash之前，紫外线可擦除(uv-erasable)的EPROM就已经采用用FloatingGate存储数据这一技术了。

ExternalGate怙罗猱Jilt室90S00”VET图1.典型的Flash内存单元的物理结构数据在Flash内存单元中是以电荷(electricalcharge)形式存储的存储电荷的多少，取决于图中的外部门(externalgate)所被施加的电压，其控制了是向存储单元中冲入电荷还是使其释放电荷而数据的表示，以所存储的电荷的电压是否超过一个特定的阈值Vth来表示SLC和MLC勺实现机制】NandFlash按照内部存储数据单元的电压的不同层次，也就是单个内存单元中，是存储1位数据，还是多位数据，可以分为SLC和MLC1.SLC，SingleLevelCell:单个存储单元，只存储一位数据，表示成1或0.就是上面介绍的，对于数据的表示，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Vth，相比，如果大于此Vth值，就是表示1，反之，小于Vth，就表示0.对于nandFlash的数据的写入1，就是控制ExternalGate去充电，使得存储的电荷够多，超过阈值Vth，就表示1了而对于写入0,就是将其放电，电荷减少到小于Vth，就表示0了关于为何NandFlash不能从0变成1,我的理解是,物理上来说,是可以实现每一位的，从0变成1的，但是实际上，对于实际的物理实现，出于效率的考虑，如果对于，每一个存储单元都能单独控制，即，0变成1就是，对每一个存储单元单独去充电，所需要的硬件实现就很复杂和昂贵，同时，所进行对块擦除的操作，也就无法实现之前的，一闪而过的速度了，也就失去了Flash的众多特性了。

2. MLC，MultiLevelCell：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，说起来比较简单，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比如，假设输入电压是Vin=4V(实际没有这样的电压，此处只是为了举例方便)，那么，可以设计出2的2次方=4个阈值，1/4的Vin=1V,2/4的Vin=2V,3/4的Vin=3V,Vin=4V,分别表示2位数据00,01，10,11,对于写入数据，就是充电，通过控制内部的电荷的多少，对应表示不同的数据对于读取，则是通过对应的内部的电流(与Vth成反比)，然后通过一系列解码电路完成读取，解析出所存储的数据这些具体的物理实现，都是有足够精确的设备和技术，才能实现精确的数据写入和读出的单个存储单元可以存储2位数据的，称作2的2次方二4LevelCell，而不是2LevelCell，这点，之前差点搞晕了同理，对于新出的单个存储单元可以存储4位数据的，称作2的4次方二16LevelCell关于如何识别SLC还是MLCNandFlash设计中，有个命令叫做ReadID，读取ID，意思是读取芯片的ID,就像大家的身份证一样，这里读取的ID中，是读取好几个字节，一般最少是4个，新的芯片，支持5个甚至更多，从这些字节中，可以解析出很多相关的信息，比如此NandFlash内部是几个芯片(chip)所组成的，每个chip包含了几片(Plane)，每一片中的页大小，块大小，等等。

在这些信息中，其中有一个，就是识别此flash是SLC还是MLC下面这个就是最常见的NandFlash的datasheet中所规定的，第3个字节，3rdbyte，所表示的信息，其中就有SLC/MLC的识别信息：Description1/07I/O6I/O5I/O4I/O3I/O2I/O1I/O0Internal100ChipNumber201410811CellType2LevelCell004LevelCell018LevelCell1016LevelCell11Numberof100Simultaneously201ProgrammedPages410811InterleaveNotSupport0ProgramSupport1BetweenmultiplechipsCacheProgramNotSupport0Support1表1.NandFlash第3个ID的含义【NandFlash的物理存储单元的阵列组织结构】Nandflash的内部组织结构，此处还是用图来解释，比较容易理解:Figure2.K9KSG08U0AArrayOrganization512Kt=8.1&2ekK*s)I/O0-I/O72KBytes2KB/re?64Bytes图2.NandFlash1创=呂阿.(12SK+1Page=(2K*W)8ytesi0mi(2K*648x64Pages=(128K+4K]Byt#s1Detficv-(2K+64>Bx64Pagesx&.t92Blocks=8.4|WMbits罗索工it室%OSOO.BET物理存储单元的阵列组织结构上图是K9K8G08U0的datasheet中的描述。

简单解释就是：1. 一个nandflash由很多个块(Block)组成，块的大小一般是128KB256KB512KB,此处是128KB每个块里面又包含了很多页(page)每个页的大小，对于现在常见的nandflash多数是2KB更新的nandflash是4KB这类的，页大小大于2KB的nandflash，被称作bigblock，对应的发读写命令地址，一共5个周期(cycle)，而老的nandflash，页大小是256B,512B,这类的nandflash被称作smallblock，地址周期只有4个而块，也是NandFlash的擦除操作的基本/最小单位2. 每一个页，对应还有一块区域，叫做空闲区域(sparearea)/冗余区域(redundantarea)，而Linux系统中，一般叫做00B(OutOfBand)，这个区域，是最初基于NandFlash的硬件特性：数据在读写时候相对容易错误，所以为了保证数据的正确性，必须要有对应的检测和纠错机制，此机制被叫做EDC(ErrorDetectionCode)/ECC(ErrorCodeCorrection,或者ErrorCheckingandCorrecting)，所以设计了多余的区域，用于放置数据的校验值。

页是NandFlash的写入操作的基本/最小的单位NandFlash数据存储单元的整体架构】简单说就是，常见的nandflash，内部只有一个chip，每个chip只有一个plane而有些复杂的，容量更大的nandflash，内部有多个chip，每个chip有多个plane这类的nandflash，往往也有更加高级的功能，比如下面要介绍的MultiPlaneProgram和InterleavePageProgram等比如，型号为K9K8G08U0这个芯片(chip)，内部有两个K9F4G08U0,每个K9F4G08U0包含了2个Plane,每个Plane是1Gb所以K9F4G08U0的大小是1GbX2=2Gb=256MB因此，K9K8G08U0内部有2个K9F4G08U0A即卩4个Plane,总大小是4X256M=1GB而型号是K9WAG08U1的nandflash，内部包含了2个K9K8G08U0,所以，总容量是K9K8G08U0的两倍=1GB<2=2GB类似地K9NBG08U5A内部包含了4个K9K8G08U0,总大小就是4X1GB=4GB[Flash名称的由来】Flash的擦除操作是以block块为单位的，与此相对应的是其他很多存储设备,是以bit位为最小读取/写入的单位，Flash是一次性地擦除整个块：在发送-个擦除命令后，一次性地将一个block，常见的块的大小是128KB/256KB。

全部擦除为1,也就是里面的内容全部都是0xFF了，由于是一下子就擦除了,相对来说，擦除用的时间很短，可以用一闪而过来形容，所以，叫做FlashMemory中文有的翻译为（快速）闪存Flash相对于普通设备的特殊性】1. 上面提到过的，Flash最小操作单位，有些特殊一般设备，比如硬盘/内存，读取和写入都是以bit位为单位，读取一个bit的值，将某个值写入对应的地址的位，都是可以按位操作的但是Flash由于物理特性，使得内部存储的数据，只能从1变成0,这点，可以从前面的内部实现机制了解到，只是方便统一充电，不方便单独的存储单元去放电，所以才说，只能从1变成0,也就是释放电荷所以，总结一下Flash的特殊性如下:普通设备（硬盘/内存等）Flash读取/写入的叫法读取/写入读取/编程（Program）①读取/写入的最小单位Bit/位Page页擦除（Erase臊作的最小单位Bit/位Block/块②擦除操作的含义将数据删除/全部写入0将整个块都擦除成全是1，也就是里面的数据都是0xFF③对于写操作直接写即可在写数据之前，要先擦除，然后再写表2.Flash和普通设备相比所具有的特殊性注：① 之所以将写操作叫做编程，是因为，flash和之前的EPROJMEEPRO继承发展而来，而之前的EEPROM（ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory），往里面写入数据，就叫做编程Program,之所以这么称呼，是因为其对数据的写入，是需要用电去擦除/写入的，就叫做编程。

② 对于目前常见的页大小是2K/4K的NandFlash，其块的大小有128KB/256KB/512KB等而对于NorFlash，常见的块大小有64K/32K等③ 在写数据之前，要先擦除，内部就都变成0xFF了，然后才能写入数据，也就是将对应位由1变成0NandFlash引脚(Pin)的说明】PinNamePinFunc。