可管理NAND：適用于移動(dòng)設(shè)備的嵌入式大容量存儲(chǔ)

與多年前相比，現(xiàn)在的移動(dòng)消費(fèi)電子裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能豐富，能夠存儲(chǔ)大量音樂(lè)、照片和視頻內(nèi)容。讓人欣慰的是，存儲(chǔ)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)這些新的數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用。例如，適用于大容量存儲(chǔ)的高性?xún)r(jià)比緊湊型 NAND 閃存就替代了手機(jī)、MP3 播放器和數(shù)碼相機(jī)中使用的 NOR 閃存和其它非易失性存儲(chǔ)裝置。

隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步，存儲(chǔ)器密度大約每 12 至 18 個(gè)月即提高一倍。對(duì)于 NAND 閃存而言，這意味著對(duì)多層單元 (MLC) 技術(shù)的重視程度日益提高。傳統(tǒng)的單層單元 (SLC) NAND 閃存每個(gè)存儲(chǔ)單位能夠存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)據(jù)位。MLC 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在單個(gè)存儲(chǔ)單元中存放多個(gè)數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)容量達(dá)到相同大小 NAND 閃存設(shè)備的兩倍。MLC NAND進(jìn)一步加快了 NAND 閃存的每字節(jié)成本，并為新的應(yīng)用提供了發(fā)展空間。市場(chǎng)趨勢(shì)顯示MLC 閃存的出貨量在 2007 年初超過(guò)了 SLC 閃存。

MLC NAND 的采用，NAND 產(chǎn)品周期的縮短讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的工作越來(lái)越復(fù)雜。傳統(tǒng)的SLC NAND 閃存，每 512 字節(jié)只需要一位錯(cuò)誤校驗(yàn)碼，大多數(shù)新型嵌入式處理器都可以直接為其提供支持。而現(xiàn)在的 MLC 閃存設(shè)備卻不同，需要每 512 字節(jié)扇區(qū) 4 位校驗(yàn)碼,將來(lái)的 MLC NAND 對(duì) ECC 的要求將超過(guò)每 512 字節(jié)扇區(qū) 8 位校驗(yàn)。高級(jí) ECC 算法的實(shí)現(xiàn)和硬件加速電路對(duì)嵌入式處理器和主機(jī)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方面構(gòu)成了很大的挑戰(zhàn)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還必須能夠應(yīng)對(duì) NAND 閃存的快速更新?lián)Q代，以及不同供應(yīng)商之間產(chǎn)品功能差別帶來(lái)的挑戰(zhàn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和處理器制造商為跟上 NAND 閃存制造商的步伐必須在硬件和軟件開(kāi)發(fā)方面進(jìn)行更多資源投入。更為重要的是，額外的開(kāi)發(fā)工作可能會(huì)對(duì)上市時(shí)間產(chǎn)生較大影響。

Micron 可管理 NAND

正確的解決辦法是：采用 Micron 的創(chuàng)新式可管理 NAND 產(chǎn)品?？晒芾?NAND 閃存將Micron 的高質(zhì)量低成本 NAND 閃爍存儲(chǔ)器與半高型高速M(fèi)ultiMediaCard. (MMC) 控制器結(jié)合在一起，并采用了符合 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn)的 BGA 封裝和高級(jí) 10 信號(hào)接口。

MMC 是一種特征突出的高性能接口，無(wú)線消費(fèi)電子應(yīng)用中的幾乎所有嵌入式處理器均支持該接口。如果使用 8 位數(shù)據(jù)總線和標(biāo)準(zhǔn) BGA，可管理 NAND 支持 52 MB/秒(峰值)的接口速率。因?yàn)樘幚砥鞯慕涌跊](méi)有變化，所以 BGA 中的 NAND 底層技術(shù)可以在不影響應(yīng)用的情況下更改。這種方法能夠延長(zhǎng)更高密度解決方案的使用壽命，從而能夠通過(guò)一種系統(tǒng)主板設(shè)計(jì)支持多種元件密度。

可管理 NAND 的另一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是消除了對(duì)主機(jī)處理器上特定供應(yīng)商閃存固件及驅(qū)動(dòng)程序的依賴(lài)(這種依賴(lài)性使得主機(jī)處理器需要協(xié)調(diào)程序/擦除/讀取功能并管理壞塊和壞位)從而將標(biāo)準(zhǔn)的 NAND 成為簡(jiǎn)單的讀寫(xiě)設(shè)備。主機(jī)處理器不必考慮諸如 NAND 塊大小、頁(yè)面大小、新增功能、進(jìn)程產(chǎn)生、MLC 與 SLC、平均讀寫(xiě)算法以及 ECC 要求等不必要的NAND 功能細(xì)節(jié)。只要具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通用 MMC 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序即可讓處理器與 Micron可管理 NAND 以及其它供應(yīng)商生產(chǎn)的符合相同標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)無(wú)縫配合。

可管理 NAND 設(shè)備概念已被提議作為一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)被大家接受。The

MultiMediaCard Association 和 JEDEC 于 2006 年 12 月聯(lián)合宣布將 eMMC. 作為此類(lèi)別閃爍存儲(chǔ)設(shè)備的名稱(chēng)和商標(biāo)。

圖 1：NAND 閃存配置可管理 NAND 功能

可管理 NAND 是一種具有 MMC 接口的多合一存儲(chǔ)器和控制器設(shè)備。它符合MMC 系統(tǒng)規(guī)范版本 4.2，并且與 MMCplus.、MMCmobile.、MMCmicro. 以及過(guò)去的MMC 完全兼容。

主要功能：

. . 可同時(shí)支持 MMC 和 SPI 模式操作

. . 主機(jī)可選擇 x1、x4 和 x8 I/O

. . 52 MHz 時(shí)鐘速度(最高)

. . 416 Mb/s (52 MB/s) 數(shù)據(jù)速率(最高)

. . 3.3V 和 1.8V 工作電壓

. . 密碼保護(hù)

. . 永久和臨時(shí)寫(xiě)保護(hù)

. . 內(nèi)部 ECC、平均讀寫(xiě)算法和數(shù)據(jù)塊管理。

可管理 NAND 的 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn) BGA 封裝具有集成諸如 DRAM 等其它存儲(chǔ)器組件的潛在能力，可以幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)高度集成的系統(tǒng)存儲(chǔ)解決方案。

表 1：可管理 NAND 屬性

圖 2：可管理 NAND 封裝細(xì)節(jié)

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系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式

如果主機(jī)處理器可以與標(biāo)準(zhǔn) NAND 閃存直接接口，則可實(shí)現(xiàn)最低的物料清單 (BOM) 成本。除非處理器具有用于 NAND 所需的內(nèi)置支持，否則 NAND 閃存的操作復(fù)雜性可能會(huì)令系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員頭痛。

可通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單的 SLC NAND 閃存 ECC 算法，但是更高性能的應(yīng)用需要硬件支持。將來(lái)的 MLC 設(shè)備將需要更復(fù)雜的 ECC 和數(shù)據(jù)塊管理功能，并且會(huì)不斷地將需求附加到處理器支持硬件上。

在選擇 NAND 解決方案時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮開(kāi)發(fā)資源以及系統(tǒng)性能與應(yīng)用需求之間是否匹配。開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)是否具有軟件開(kāi)發(fā)資源，并且具有 NAND 存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)塊管理軟件代碼?選擇用于項(xiàng)目的嵌入式處理器是否具有適用于 NAND 設(shè)備的 ECC 功能?如果具有，ECC 是否支持 MLC NAND 閃存所需的更大位校驗(yàn)要求，以及是否具有應(yīng)用所需的足夠性能。

圖 3：NAND 存儲(chǔ)器選擇樹(shù)形圖

另一個(gè)要考慮的問(wèn)題是不同供應(yīng)商原始提供的 NAND 設(shè)備之間的兼容性，以及如何將系統(tǒng)設(shè)計(jì)擴(kuò)展到后幾代 NAND 閃存。

在許多情況下，開(kāi)發(fā)資源的缺乏、處理器的限制，以及對(duì)性能的要求使得可管理 NAND 成為適用于項(xiàng)目要求的最理想的解決方案，它同時(shí)還具有成本最低，上市時(shí)間最短的特點(diǎn)。[!--empirenews.page--]

可管理 NAND 消除了 SLC/MLC 和不同頁(yè)面尺寸等 NAND 閃存依賴(lài)性。其中包括了

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)塊級(jí)接口以及一個(gè)錯(cuò)誤管理和平均讀寫(xiě)控制器，從而讓處理器不必處理這些任務(wù)。根據(jù)處理器提供的 NAND 閃存的不同，這一特性能夠節(jié)省寶貴的處理時(shí)間和代碼存儲(chǔ)空間。該功能即可消除對(duì)更高性能處理器或額外硬件/軟件設(shè)計(jì)資源的依賴(lài)。

可管理 NAND 可以連接到無(wú)線和消費(fèi)電器設(shè)備中使用的眾多嵌入式處理器上的

SD/MMC 端口。除電源外，這一簡(jiǎn)單的接口還具有 3、6 或 10 個(gè)信號(hào) I/O，對(duì)應(yīng)于時(shí)鐘總線、命令總線以及 x1、x4 或 x8 數(shù)據(jù)總線。

可管理 NAND 控制器被優(yōu)化為能夠利用程序緩存和讀取緩存等特定 NAND 閃存性能

特征。這些特性能夠在原始 NAND 實(shí)現(xiàn)中提供明顯的性能提升。還可以直接從 NAND 啟動(dòng)系統(tǒng)。

圖 4：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

總結(jié)

對(duì)于需要大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的移動(dòng)消費(fèi)電子設(shè)備而言，NAND 閃存從技術(shù)角度而言是您最合適的選擇。NAND 閃存已經(jīng)從傳統(tǒng)的 SLC 發(fā)展到 MLC NAND，MLC 需要更高級(jí)別 的 ECC。設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)是一方面要符合今后 MLC NAND 閃存設(shè)備日益提高的 ECC 要求，另一方面仍要支持所有 NAND 設(shè)備所需的數(shù)據(jù)塊管理和平均讀寫(xiě)例程。

Micron 的可管理 NAND 讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中 NAND 閃存實(shí)現(xiàn)方式的復(fù)雜程度有所降低。它將內(nèi)部控制器和 NAND 閃存部件結(jié)合在 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn) BGA 封裝中。它具有一個(gè)可以被大多數(shù)移動(dòng)和消費(fèi)電子設(shè)備中多種處理器支持的 MMC 接口。

如果嵌入式主機(jī)處理器能夠與 NAND 閃存直接實(shí)現(xiàn)接口，則系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以獲得很低的 BOM 成本。但是，如果資源有限，并且處理器無(wú)法直接與 NAND 閃存實(shí)現(xiàn)接口，則可管理 NAND 能夠提供更吸引人的解決方案。

Micron 的可管理 NAND 能夠以便于使用的 BGA 封裝方式提供所有必需的 NAND 閃

存管理功能，節(jié)省了大量以前需要進(jìn)行硬件和軟件開(kāi)發(fā)的資源。除了提供所有主要功能外，可管理 NAND 還可以通過(guò)分擔(dān)處理器承擔(dān)的多項(xiàng)底層任務(wù)負(fù)荷，提供更高的性能。