可管理NAND：適用于移動設(shè)備的嵌入式大容量存儲革
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隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步，存儲器密度大約每12至18個(gè)月即提高一倍。對于NAND閃存而言，這意味著對多層單元(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)存儲單位能夠存儲一個(gè)數(shù)據(jù)位。MLC技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在單個(gè)存儲單元中存放多個(gè)數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)的存儲容量達(dá)到相同大小NAND閃存設(shè)備的兩倍。MLCNAND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。市場趨勢顯示MLC閃存的出貨量在2007年初超過了SLC閃存。
MLCNAND的采用，NAND產(chǎn)品周期的縮短讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的工作越來越復(fù)雜。傳統(tǒng)的SLCNAND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,將來的MLCNAND對ECC的要求將超過每512字節(jié)扇區(qū)8位校驗(yàn)。高級ECC算法的實(shí)現(xiàn)和硬件加速電路對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發(fā)方面進(jìn)行更多資源投入。更為重要的是，額外的開發(fā)工作可能會對上市時(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?？晒芾鞱AND閃存將Micron的高質(zhì)量低成本NAND閃爍存儲器與半高型高速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10信號接口。
MMC是一種特征突出的高性能接口，無線消費(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52MB/秒（峰值）的接口速率。因?yàn)樘幚砥鞯慕涌跊]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。這種方法能夠延長更高密度解決方案的使用壽命，從而能夠通過一種系統(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)勢是消除了對主機(jī)處理器上特定供應(yīng)商閃存固件及驅(qū)動程序的依賴（這種依賴性使得主機(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成為簡單的讀寫設(shè)備。主機(jī)處理器不必考慮諸如NAND塊大小、頁面大小、新增功能、進(jìn)程產(chǎn)生、MLC與SLC、平均讀寫算法以及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
MultiMediaCardAssociation和JEDEC于2006年12月聯(lián)合宣布將eMMC.作為此類別閃爍存儲設(shè)備的名稱和商標(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x8I/O
..52MHz時(shí)鐘速度（最高）
..416Mb/s(52MB/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)寫保護(hù)
..內(nèi)部ECC、平均讀寫算法和數(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)存儲解決方案。
表1：可管理NAND屬性
圖2：可管理NAND封裝細(xì)節(jié)
注釋：尺寸單位為毫米。
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)雜性可能會令系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員頭痛。
可通過軟件實(shí)現(xiàn)相對簡單的SLCNAND閃存ECC算法，但是更高性能的應(yīng)用需要硬件支持。將來的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)考慮開發(fā)資源以及系統(tǒng)性能與應(yīng)用需求之間是否匹配。開發(fā)團(tuán)隊(duì)是否具有軟件開發(fā)資源，并且具有NAND存儲器數(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MLCNAND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存儲器選擇樹形圖
另一個(gè)要考慮的問題是不同供應(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，開發(fā)資源的缺乏、處理器的限制，以及對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)。
可管理NAND消除了SLC/MLC和不同頁面尺寸等NAND閃存依賴性。其中包括了
一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)塊級接口以及一個(gè)錯(cuò)誤管理和平均讀寫控制器，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)間和代碼存儲空間。該功能即可消除對更高性能處理器或額外硬件/軟件設(shè)計(jì)資源的依賴。
可管理NAND可以連接到無線和消費(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，這一簡單的接口還具有3、6或10個(gè)信號I/O，對應(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啟動系統(tǒng)。
圖4：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
總結(jié)
對于需要大容量數(shù)據(jù)存儲的移動消費(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MLCNAND，MLC需要更高級別 的ECC。設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)是一方面要符合今后MLCNAND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)塊管理和平均讀寫例程。
Micron的可管理NAND讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中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。 linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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