nand flash简明自学资料(上)

Nand Flash简明自学资料
——助您理解datasheet要点内容清单：
一技术常识部分
1、逻辑组成
2、常见参数
3、地址结构
二基本操作、时序图部分
*通用引脚符号声明
1、Read—读
2、Program—写
3、Block Erase—擦除
4、其它
*时序图要点讲解
编写目的：
从编程操作角度，简介一些有助于理解nand flash datasheet（数据手册）上相关内容的要点。

编写原因：
●各种nand flash英文datasheets上的内容虽详尽但繁杂，有些业内常识性的
东西没交代清楚，给初学者造成困扰；
●不同的datasheets都有一些共通的要点（基本架构、指令和符号等），了解
这些后再看datasheet的操作命令和时序图部分会省力很多。

一技术常识部分
1、逻辑组成
（1）功能结构抽象图
注：1）Cache有时也被称为Cache register.（严格来讲应称为缓冲区buffer）；
2）上述Data指的是输入/输出数据（即Input/Output Data，简称I/O Data），因为从广义上讲所有能存取于硬件设备上的资料都可称为Data，包括图中的ECC码
（Error Correcting Code），所以Page register.也可被称为Data register.（数据寄存
器）；
（2）闪存层次结构
Page（页）：对nand flash进行读写操作的逻辑单位，一般容量为几到十几KB；
附有额外的小存储区域，这里存储ECC码等附加信息。

Block（块）：许多page构成一个block，是擦除的操作单位；一般产品出厂时都有invalid /bad block（坏块），已由厂家在对应block里作相应标示，操作时不能清除这些
标注信息，每个flash的第一个block（编号00h）是在出厂时是好的，用于存储
invalid / bad block table（坏块表）；使用过程中也会产生坏块，发生操作失败时
（即使用ECC技术检测到有不可纠正错误时），要将相应的坏块标出，升级坏块
表，改写逻辑地址与物理地址的映射。

Plane （层）: 可将flash 里众多的block 分成不同的层，并使用多层操作指令以提高存
取效率。

此外，根据flash 容量大小，还可定义更高一级的存储单位，如LUN （Logic Unit Number ）；
一个device 可集成多个flash chip （闪存芯片），工作时可根据它们各自的运行状
态为之安排执行任务，使它们同步运行。

2、常见参数
（注：不同厂商不同时期的不同型号产品参数会有差异，但在一定时期内，相同 / 近的技术支持使得大部分flash 参数在数值或数量级上相同 / 近；下面以Samsung （三星）K9GAG08U0M 的参数为例。

）
（1）Vcc （工作电压）：3.3 V （波动范围：2.7 V —3.6 V ）
（2）Memory Cell ：2 bit / Memory Cell
[ ①上面表示每个cell 存2 bit 数据，即所谓MLC （Multi-Level Cel l ，多层式储存单
元)类型的flash ，如果是1 bit / Cell 和3 bit / Cell 则分别称为SLC （Single Level Cell ）
和TLC （Triple-Level Cell ）；
②随着cell 内数据容量增加，flash 的存储量虽增加，造价也大幅降低了，但数
据存取的出错率却增加，速度变慢，寿命也变短，目前，SLC 类型flash 适用于
对稳定性要求高的小容量储存系统，而MLC 则成为大容量储存领域的主流；
③nand flash 上可同时集成MLC 、SLC 和TLC 区域，操作时必须切换到相应模式。

]
（3）Page Size ：（4K +128）Byte （4KB 是I/O 数据存储区的容量，而128 Byte 为附加
存储区的大小）
（4）Data Register Size ：（4K +128）Byte
（5）Block Size ：（512K +16K ）Byte （=128×Page Size ，即此型号1 block 含7
2page ）
（6）Page Program Time ：0.8 mS （Typ ，表示通常情况下页编程操作的平均时间）
（7）Block Erase Time ： 1.5 mS （Typ ）
（8）Serial Acess Time ：25 nS （Min ）[ 即Read /Write Cycle Time (Min )，按顺序从
I / O 对Cache 进行1次数据存取的最小时间 ]
（9）ECC Requirement ：8 bit / KB （每KB I/O 存储数据要求附带的存放在额外存
储区的校验纠错码位数） 3、地址结构（下面的⎡⎤⎡⎤15.0=”表示向上取整，如“）
由于一般nand flash 传递地址等信息时是8 bit / 次，对应某些datasheet 中的“×8（Bit ）”，即以1Byte 为不可拆分的传输单位，又因块、页和页内存储单位的地址编号一般是分开传输的（这样在操作处理时很方便，不用辨认再分），所以，若flash 有个x 个block )22(1k k x ≤<-，每个块有y 个page )22(1n n y ≤<-，每个页的容量（不包括额外存
储区）为z KB )22(1m m z ≤<-，则一般flash 存储单位（1 Byte / 单位）完整地址中的最低
⎥⎥⎤⎢⎢⎡8m 个Byte 用于存储Column Adress （列地址），更高些的⎥⎥
⎤⎢⎢⎡8n 个Byte 用于存储page 编号，剩下⎥⎥
⎤⎢⎢⎡8
k 个Byte 的高位用于存储block 编号，如是多层或多芯片等的，再在其中插入相应编号即可，列地址以外的部分称为Row Address （行地址，即页内偏移地址）。

二 基本操作、时序图部分
*通用引脚符号声明
（1）CE#：芯片使能，表示flash chip 是否被系统选中为当前操作芯片，低电平表示选中
（2）I/O 0~I/O 7: 这8个引脚用于输入command 、address 、data ，以及从cache 中读取
data ，当芯片没被选中或无法正常输出数据时，引脚会处于high-z （或Hi-Z ）状态，即高阻态，相当于隔断状态（有的datasheet 将这些引脚信号记为DQ X 或DQ [7:0]）
（3）DQS: 反映 toggle 模式下I/O 与flash 间data 的读写情况，在信号上/下沿表示进行
一次读或写操作，即一次信号周期产生两次操作，比普通模式（1次操作/信号周期）的读写效率高，一种型号的nand flash 能否用toggle 模式工作其datasheet 上有说明，一般可看有无此引脚信号
（4）RE#：读取使能，低电平时从cache 中读取data 到I/O ，一次高低信号周期完成一次
数据读取操作，同时读取操作的内部column address counter （列地址计数器）加1
（5）WE#：写入使能，低电平时从I/O 中输入command 、address 、data ，在上升沿处操
作完成，toggle 工作模式下不可用，被DQS 的写控制输入信号代替（这是因为WE#也是从外部输入的写控制信号，不可共同起作用；而RE#虽也为控制输入信号，但读操作时DQS 的读信号是作为状态信号输出，故它们同时有效）
（6）CLE: 指令锁存使能，辨别输入内容是否command ，高电平时表示是，同时在对应
的WE#低电平信号的上升沿处command 被锁存至command register
（7）ALE: 地址锁存使能，辨别输入内容是否address ，高电平时表示是，同时在对应的
WE#低电平信号的上升沿处a ddress 被锁存至address register
（8）R/B#：表示chip 处于Ready 还是Busy 状态（即flash 内部是否还在执行读写、擦除
指令，此时外部不可对芯片进行操作），低电平表示Busy ，当芯片未被选中或无法输出数据时不会处于high-z 状态，仍可用于检测芯片的闲忙状态。