nand flash spec

nand flash簡介

nand flash是一種非易失性存儲器。它具有高存儲密度、低成本和高耐用性的特點。

nand flash的特性是非易失性，即在電源關閉的情況下，數據仍然保留。 nand flash的存儲單元由浮動柵極晶體管組成，每個存儲單元可以存儲一位或多位數據。nand flash通過編程和擦除操作來寫入和刪除數據，這與傳統的隨機存取存儲器 (RAM) 不同。

nand flash的基本存儲類型有以下幾種：

  • SLC（Single-Level Cell）：每個存儲單元存儲 1 位數據，具有較高的速度和耐久性，但成本較高。
  • MLC（Multi-Level Cell）：每個存儲單元存儲 2 位數據，成本較低，但速度和耐久性相對較差。
  • TLC（Triple-Level Cell）：每個存儲單元存儲 3 位數據，進一步降低了成本，但速度和耐久性進一步下降。
  • QLC（Quad-Level Cell）：每個存儲單元存儲 4 位數據，成本最低，但速度和耐久性最差

nand flash的架構基本如下：

塊和頁：NAND Flash 存儲器被分成多個塊，每個塊又被分成多個頁。數據寫入以頁為單位，而擦除則以塊為單位。 控制器：管理 NAND Flash 的讀寫操作、錯誤糾正和磨損均衡等功能。

nand flash的主要規范如下：

  • 容量：NAND Flash 的總存儲容量，通常以 GB 或 TB 為單位。

  • 頁大小：NAND Flash 中最小的可寫單元，通常為 2KB、4KB 或 8KB。

  • 塊大小：包含的頁數，每塊大小通常為 64 頁、128 頁或 256 頁。

  • 讀取速度：讀取數據的速度，通常以 MB/s 為單位。

  • 寫入速度：寫入數據的速度，通常以 MB/s 為單位。

  • 擦除時間：擦除一個塊所需的時間，以毫秒（ms）為單位。

  • 耐久性：每個塊可承受的編程/擦除循環次數，通常為幾千到幾十萬次。

  • 數據保持：無電源情況下數據能夠可靠保存的時間，通常為幾年到十幾年。

  • 接口：使用的通信接口類型，如并行接口、SPI 接口或 ONFI 標準接口。

  • 電壓：核心和 I/O 操作的工作電壓范圍。

  • 封裝：NAND Flash 的物理形態，如 TSOP、BGA 或 LGA 封裝。

  • 溫度范圍：工作和存儲溫度范圍。

    規范示例

    假設一個 NAND Flash 規格表如下：

    • 容量：128GB
    • 頁大小：4KB
    • 塊大小：256 頁（1MB）
    • 讀取速度：25 MB/s
    • 寫入速度：10 MB/s
    • 擦除時間：2 ms
    • 耐久性：100,000 次編程/擦除循環
    • 數據保持：10 年
    • 接口：ONFI 2.2
    • 電壓：1.8V 至 3.3V
    • 封裝：48 針 TSOP
    • 溫度范圍：-40°C 至 85°C

nand 的interface 和pin腳

一個典型的 NAND Flash 存儲器可以分為以下幾個主要部分：

  • 存儲單元陣列：由多個存儲單元組成，每個存儲單元可以存儲 1 位或多位數據。
  • 頁緩沖區：用于存儲數據的臨時區域，在數據寫入或讀取時使用。
  • 控制邏輯：負責管理數據的編程、讀取和擦除操作。
  • 地址和數據寄存器：存儲操作過程中用到的地址和數據。
  • 狀態寄存器：存儲當前操作的狀態信息，如忙/閑狀態、錯誤狀態等。
  • 接口控制器：負責與外部主機進行通信

NAND Flash 存儲器主要通過以下幾種接口與外部設備通信：

  • 并行接口：傳統的 NAND Flash 使用 8 位或 16 位并行接口進行數據傳輸，數據傳輸速率較高，適用于高速存儲需求。
  • 串行接口：如 SPI (Serial Peripheral Interface) NAND，采用串行數據傳輸方式，接口簡單，適用于較低數據傳輸速率的應用場景。
  • ONFI (Open NAND Flash Interface)：一種標準化的 NAND Flash 接口協議，旨在提高 NAND Flash 的兼容性和互操作性。

以下是常見的 NAND Flash 存儲器引腳及其功能描述：

  • CE# (Chip Enable)：芯片使能引腳，低電平有效。當 CE# 低電平時，芯片被選中，可以進行數據傳輸操作。
  • CLE (Command Latch Enable)：命令鎖存使能引腳，高電平有效。當 CLE 高電平時，寫入的數據被解釋為命令
  • ALE (Address Latch Enable)：地址鎖存使能引腳，高電平有效。當 ALE 高電平時，寫入的數據被解釋為地址。
  • WE# (Write Enable)：寫使能引腳，低電平有效。當 WE# 低電平時，數據被寫入 NAND Flash。
  • RE# (Read Enable)：讀使能引腳，低電平有效。當 RE# 低電平時，數據從 NAND Flash 讀取。
  • WP# (Write Protect)：寫保護引腳，低電平有效。當 WP# 低電平時，禁止寫入和擦除操作，保護存儲器數據。
  • R/B# (Ready/Busy)：就緒/忙引腳，低電平表示存儲器忙，高電平表示存儲器就緒。
  • IO0-IO7 (或 IO0-IO15)：數據輸入/輸出引腳，用于傳輸數據、命令和地址。
  • VCC：電源引腳，為 NAND Flash 提供工作電壓。
  • VSS (GND)：地引腳，提供電路參考地。

nand flash的組成和尋址方式

NAND Flash 的組成如下:

1.存儲單元隊列

  • 頁 (Page)：最小的可編程和可讀取單元。典型的頁大小是 2KB、4KB 或 8KB。
  • 塊 (Block)：由多個頁組成，通常是 64、128 或 256 頁。擦除操作以塊為單位進行。
  • 平面 (Plane)：由多個塊組成，通常一個 NAND Flash 芯片有一個或多個平面。
  • 晶圓 (Die)：由一個或多個平面組成。一個 NAND Flash 芯片可以包含一個或多個晶圓。

2.頁緩沖區：用于臨時存儲數據的緩沖區，在數據寫入和讀取過程中使用。

3.控制邏輯：包括命令解碼、地址生成、數據傳輸控制和錯誤校正碼 (ECC) 等。

4.地址和數據寄存器：用于存儲地址和數據，在傳輸過程中使用。

5.狀態寄存器：用于存儲當前操作的狀態信息，如忙/閑狀態、錯誤狀態等。

6.接口控制器：負責與外部主機進行通信。

NAND Flash 的尋址方式

NAND Flash 的尋址方式包括邏輯地址和物理地址。邏輯地址是主機系統看到的地址，而物理地址是實際存儲單元的地址。以下是 NAND Flash 的尋址機制：

邏輯到物理地址轉換

由于 NAND Flash 存儲器的磨損均衡 (Wear-Leveling) 和壞塊管理 (Bad Block Management) 機制，邏輯地址與物理地址之間通常存在映射關系。這種映射關系由 NAND Flash 控制器管理。

物理地址結構

頁地址：

? 頁地址用于選擇具體的頁。頁地址包括平面地址、塊地址和頁內偏移。

? 頁地址的高位用于選擇平面，中間位用于選擇塊，低位用于選擇頁。

塊地址：

? 塊地址用于選擇具體的塊。塊地址的高位用于選擇平面，中間位用于選擇塊。

? 一個塊內包含多個頁。

平面地址：

? 平面地址用于選擇具體的平面。平面地址的高位用于選擇平面。

地址格式示例

假設一個 NAND Flash 存儲器具有以下參數：

每頁大小：4KB

每塊包含頁數：128 頁

每平面包含塊數：1024 塊

每芯片包含平面數：2 個

一個具體地址可以表示為：

  • 頁地址 (低 12 位)：用于選擇頁內偏移
  • 塊地址 (中間 10 位)：用于選擇塊
  • 平面地址 (高 1 位)：用于選擇平面
  • 完整地址格式：平面地址 (1 位) + 塊地址 (10 位) + 頁地址 (12 位)

nand flash的各個cmd的功能以及作用場景

讀取命令

讀頁命令 (Read Page)：

  • 功能：從指定的頁讀取數據。
  • 使用場景：需要從 NAND Flash 中讀取數據時使用。
  • 典型命令序列：發送讀命令，指定頁地址，然后讀取數據。

寫入命令

頁編程命令 (Page Program)：

  • 功能：將數據寫入指定的頁。
  • 使用場景：需要將數據存儲到 NAND Flash 時使用。
  • 典型命令序列：發送寫命令，指定頁地址，傳輸數據，然后發送確認命令以開始編程。

擦除命令

塊擦除命令 (Block Erase)：

  • 功能：擦除指定塊的所有數據。
  • 使用場景：需要清空一個塊的數據，以便寫入新數據時使用。
  • 典型命令序列：發送擦除命令，指定塊地址，然后發送確認命令以開始擦除。

狀態命令

讀狀態命令 (Read Status)：

  • 功能：讀取 NAND Flash 當前的狀態。
  • 使用場景：需要檢查 NAND Flash 是否忙碌，或者是否有錯誤發生時使用。
  • 典型命令序列：發送讀狀態命令，然后讀取狀態寄存器。

初始化和復位命令

復位命令 (Reset)：

  • 功能：復位 NAND Flash，使其進入初始狀態。
  • 使用場景：在進行大規模操作前，需要確保 NAND Flash 處于已知狀態時使用。
  • 典型命令序列：發送復位命令，然后等待復位完成。

隱藏命令

緩存讀取命令 (Cache Read)：

  • 功能：從緩存中讀取數據，提高讀取速度。
  • 使用場景：需要快速連續讀取多個頁的數據時使用。
  • 典型命令序列：發送緩存讀命令，然后讀取數據。

隨機數據讀取命令 (Random Data Read)：

  • 功能：從頁內的任意位置讀取數據。
  • 使用場景：需要從特定位置讀取數據時使用。
  • 典型命令序列：發送隨機讀命令，指定地址，然后讀取數據。 命令執行的流程示例 寫入操作 發送頁編程命令：將命令發送到 CLE。 指定地址：將要寫入的頁地址發送到 ALE。 傳輸數據：將數據發送到數據寄存器。 開始編程：發送確認命令，啟動編程過程。 讀取操作 發送讀頁命令：將命令發送到 CLE。 指定地址：將要讀取的頁地址發送到 ALE。 讀取數據：從數據寄存器中讀取數據。

reset 在各個sequence下的復位時序

理解 NAND Flash 存儲器中的復位命令（Reset）的時序對確保設備正確初始化和恢復正常工作至關重要。復位命令會將 NAND Flash 重置到初始狀態，清除所有進行中的命令并返回到空閑狀態。以下是不同操作序列中的復位時序解釋：

復位時序

復位命令通常包括以下步驟：

  1. 發送復位命令：在命令鎖存使能（CLE）高電平時，將復位命令（通常為 0xFF）發送到 NAND Flash。
  2. 等待復位完成：復位操作需要一些時間來完成，這段時間稱為復位時間（tRST）。 可以通過查詢就緒/忙（R/B#）引腳或讀取狀態寄存器來確認復位是否完成。
  3. 檢查狀態寄存器：復位完成后，可以讀取狀態寄存器以確保 NAND Flash 處于正常狀態。

復位命令在不同操作中的使用

  1. 在初始化過程中 在系統啟動時，為了確保 NAND Flash 處于已知狀態，發送復位命令。 確保所有寄存器和內部狀態清除，準備接收新的命令。
  2. 在錯誤恢復過程中 當發生錯誤或意外情況時，復位命令用于恢復 NAND Flash 的正常工作狀態。 例如，在編程或擦除操作失敗后，可以發送復位命令進行恢復。

復位時序示例

在這個時序圖中：

       ____________________________
CE#  __|                            |_____________                 _______
CLE  __|           |_______________|___________                 _______
WE#  __|           |_______________|_______________________
IOx  | 0xFF       |____________________________
R/B# |____________________________|
  • CE#：芯片使能引腳
  • CLE：命令鎖存使能引腳
  • WE#：寫使能引腳
  • IOx：數據引腳
  • R/B#：就緒/忙引腳
  1. CE# 低電平：選中芯片。
  2. CLE 高電平：命令鎖存使能。
  3. WE# 低電平：寫使能。
  4. 發送復位命令（0xFF）：通過數據引腳傳輸命令。
  5. 等待 R/B# 高電平：表示復位完成。

不同操作序列中的復位命令

  • 在寫操作中的復位 如果寫操作過程中發生錯誤，可以發送復位命令清除錯誤狀態，恢復 NAND Flash 的正常工作。
  • 在讀操作中的復位 在讀操作過程中，如果 NAND Flash 進入不可預期的狀態，可以通過復位命令恢復正常狀態。

通過理解復位命令的時序，可以確保 NAND Flash 在各種操作場景中正確恢復并準備接收新的操作命令。

read id的應用場景以及解析方法

應用場景

  1. 設備識別：在系統啟動時，使用 Read ID 命令識別連接的 NAND Flash 芯片型號和制造商，以便選擇正確的驅動程序和配置。
  2. 兼容性檢查：確保主控芯片（如微控制器或 FPGA）能夠識別和正確配置不同型號的 NAND Flash 存儲器。
  3. 診斷和調試：在開發和調試過程中，通過讀取 ID 來確認 NAND Flash 芯片型號和版本，幫助定位和解決問題。

解析方法

  1. 發送 Read ID 命令：向 NAND Flash 發送 Read ID 命令（通常為 0x90）。

  2. 讀取 ID 數據：按順序讀取一系列字節，這些字節包含制造商 ID、設備 ID、第三、第四和第五字節等信息。

讀取 ID 數據的結構示例

假設 NAND Flash 返回如下 ID 數據：

  • 第1字節：制造商 ID（如 0x2C）
  • 第2字節：設備 ID（如 0xA1）
  • 第3字節：擴展信息
  • 第4字節：保留
  • 第5字節：保留

解析步驟：

  • 制造商 ID：識別 NAND Flash 的制造商，例如 0x2C 對應 Micron。
  • 設備 ID：識別具體的 NAND Flash 型號，例如 0xA1 對應某型號。
  • 擴展信息：包含頁大小、塊大小、平面數等具體參數。

示例解析

假設讀取到以下數據：0x2C（制造商 ID） 0xA1（設備 ID） 0x90（擴展信息） 0x15（保留） 0x00（保留）

解析：

  • 0x2C：Micron 制造商 ID。
  • 0xA1：設備 ID，對應特定型號。
  • 0x90：擴展信息，可能表示頁大小為 4KB，塊大小為 128 頁。
  • 其余字節保留或未使用。

通過讀取和解析這些 ID 數據，系統能夠正確識別和配置 NAND Flash 存儲器，確保兼容性和正常運行。

interface change 和driver strength setting

Interface Change 主要指在 NAND Flash 和主控芯片之間改變通信接口的模式或速率。

應用場景

  • 不同模式切換： 切換 NAND Flash 通信模式，如從傳統的并行接口切換到 ONFI（開放 NAND 閃存接口）標準。
  • 速率調整： 根據系統需求調整數據傳輸速率，提高數據傳輸效率。

Driver Strength Setting 指調整 NAND Flash 芯片驅動信號的強度，以適應不同的負載條件和信號完整性要求。

應用場景

  • 信號完整性： 在長電纜或高速傳輸情況下，增強驅動強度以減少信號衰減和噪聲干擾。

  • 功耗優化： 在短距離或低速傳輸情況下，降低驅動強度以減少功耗。

Interface Change 示例

假設從傳統的并行接口切換到 ONFI 3.0 標準：

  • 發送切換命令：主控芯片發送接口切換命令。
  • 配置寄存器：設置相關寄存器以啟用新的接口模式。
  • 確認切換：通過讀取狀態寄存器確認切換成功。

Driver Strength Setting 示例

假設在高速數據傳輸情況下需要增強驅動強度：

  • 發送設置命令：主控芯片發送驅動強度設置命令。
  • 配置寄存器：調整驅動強度寄存器以設置新的強度值。
  • 確認設置：通過讀取狀態寄存器確認設置成功。 通過合理的 Interface Change 和 Driver Strength Setting，能夠優化 NAND Flash 的性能和可靠性。

各個sequence的基本時序

讀操作時序

步驟：

  • 發送讀命令：在 CLE 高電平時，發送讀命令。
  • 發送地址：在 ALE 高電平時，發送頁地址和列地址。
  • 讀取數據：等待數據準備好，通過數據引腳讀取數據。
       ____________________________
CE#  __|                            |_____________                 _______
CLE  __|           |_______________|___________                 _______
WE#  __|           |_______________|_______________________
IOx  | 命令        | 地址         | 數據____________________________
R/B# |____________________________|

寫操作時序

步驟：

  • 發送寫命令：在 CLE 高電平時，發送寫命令。
  • 發送地址：在 ALE 高電平時，發送頁地址和列地址。
  • 傳輸數據：在 WE# 低電平時，通過數據引腳傳輸數據。
  • 發送編程確認命令：在 CLE 高電平時，發送編程確認命令。
  • 等待編程完成：通過 R/B# 引腳檢測編程完成狀態。
       ____________________________
CE#  __|                            |_____________                 _______
CLE  __|           |_______________|___________                 _______
WE#  __|           |_______________|_______________________
IOx  | 命令        | 地址         | 數據____________________________
R/B# |____________________________|

擦除操作時序

步驟：

  • 發送擦除命令：在 CLE 高電平時，發送擦除命令。
  • 發送塊地址：在 ALE 高電平時，發送塊地址。
  • 發送擦除確認命令：在 CLE 高電平時，發送擦除確認命令。
  • 等待擦除完成：通過 R/B# 引腳檢測擦除完成狀態。
       ____________________________
CE#  __|                            |_____________                 _______
CLE  __|           |_______________|___________                 _______
WE#  __|           |_______________|_______________________
IOx  | 命令        | 地址         | 確認____________________________
R/B# |____________________________|

復位操作時序

步驟：

  • 發送復位命令：在 CLE 高電平時，發送復位命令（0xFF）。
  • 等待復位完成：通過 R/B# 引腳檢測復位完成狀態。
       ____________________________
CE#  __|                            |_____________                 _______
CLE  __|           |_______________|___________                 _______
WE#  __|           |_______________|_______________________
IOx  | 0xFF       |____________________________
R/B# |____________________________|

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你開發的時候有么有遇到過一個問題&#xff1a;服務器的一個服務線程過幾個小時斷連一次&#xff0c;斷連之后會馬上重連這種情況。這是由于CPU負載較高,線程調度時將處理數據的線程掛起了一段時間導致的。 因此&#xff0c;我有考慮到把cpu的核心進行分散開來&#xff0c;就類…
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CesiumJS【Basic】- #042 繪制紋理線（Primitive方式）

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文章目錄 繪制紋理線（Primitive方式）1 目標2 代碼2.1 main.ts3 資源文件繪制紋理線（Primitive方式） 1 目標 使用Primitive方式繪制紋理線 2 代碼 2.1 main.ts var start = Cesium.Cartesian3.fromDegrees(-75.59777, 40.03883);var
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【劍指Offer系列】68-二叉樹的最近公共祖先（哈希）

【劍指Offer系列】68-二叉樹的最近公共祖先（哈希）

思路&#xff1a;使用map存儲每個節點的父節點&#xff0c;則兩個節點的最近公共祖先&#xff0c;即二者的最近父節點 1、中序遍歷二叉樹&#xff08;當前節點的下一個節點&#xff09; 2、記錄每個節點的父節點 3、列出p的族譜、q的族譜 4、尋找二者最近的祖先 class Soluti…
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