NAND-FLASH-编程总结 作者： 日期：NAND FLASH操作总结目前NAND FLASH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AND Flash，为了内容条理起见，我们将分别讨论SAMSUNG、TOSHIBA的Binary Flash，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MLC Flash；最后我们要考虑一下AND Flash的情况，并给出一个初步的结论：我们是否需要支持AND Flash。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NAND Flash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- Data Register : (512 + 16) Byte Automatic Program and Erase- Page Program : (512 + 16)Byte- Block Erase : (8K + 256)Byte/(16K + 512)Byte 528-Byte Page Read Operation- Random Access : 10ms(Max.)- Serial Page Access : 50ns(Min.) Fast Write Cycle Time- Program time : 200ms(typ.)- Block Erase time : 2ms(typ.) Flash操作包括基本的七种操作：Read1、Read2、Read ID、Reset、Page Program、Block Erase、Read Status512Mbit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“Sequential Data Input”操作，这四种操作是：针对“Plane”的Page Program(Dummy)、Multi_Plane Block Erase、Read Multi_Plane Status、针对“Copy-Back”的Copy_Back Program1Gbit、2Gbit、4Gbit（大容量）的操作基本相同，但他们比一般Flash多了Copy-Back、Cache Program的功能： Organization- Data Register : (2K + 64) Byte- Cache Register : (2K + 64) Byte Automatic Program and Erase- Page Program : (2K + 64)Byte- Block Erase : (128K + 4K)Byte Page Read Operation- Random Access : 25ms(Max.)- Serial Page Access : 50ns(Min.) Fast Write Cycle Time- Program time : 300400ms(typ.)- Block Erase time : 2ms(typ.) 大容量Flash操作包括七种基本操作中的六种：Read、Read ID、Reset、Page Program、Block Erase、Read Status，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：Read for Copy-Back、Cache Program、Copy-Back Program、Random Data Input、Random Data Output。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0255Byte，B区是256511Byte ，C区是512527 Byte，Read1操作是针对A、B区的，也就是说Rread1操作只能访问512 Byte的数据区；而16 Byte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：Sequential Row Read1 Operation对于Read2操作同样也有“连续读”操作，操作示意图如下：Sequential Row Read2 Operation (GND Input=Fixed Low)PAGE PRGRAM 由于NAND Flash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 & Read Status Operation其操作时序图如下：PAGE PROGRAM OPERATIONBLOCK ERASE在NAND Flash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：Block Erase Operation操作时序如下：BLOCK ERASE OPERATION(ERASE ONE BLOCK)READ ID 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 & DEVICE ID READ OPERATIONRESETRESET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：RESET Operation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“Copy Back”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CACHE REGISTER，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512Mbit FLASH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：Memory Array Map好了，我们现在就看看跟Plane有关的操作：Multi-Plane Page Program Operation：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-Plane Page Program Operation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-Plane Page Program Multi-Plane Page Program OperationMulti-Plane Block Erase Operation：Multi-Plane Block Erase OperationCopy-Back Program Operation：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-Back Program Operation：该操作仅限于在同一个Plane内进行。Copy-Back Program Operation下面我们主要讨论有关“大容量”Flash的操作：Page Program Operation Random Data Input：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。Cache Program Operation： 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NAND Flash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。AC Timing Characteristics for Command / Address / Data InputAC Characteristics for Operation下面我们主要讨论一下TOSHIBA NAND Flash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“Copy Back”操作和“Cache Program”操作。64Mbit、128Mbit、256Mbit、512Mbit的Flash 的特性基本相似： Organization- Data Register : (512 + 16) Byte Automatic Program and Erase- Page Program : (512 + 16)Byte- Block Erase : (8K + 256)Byte/(16K + 512)Byte 528