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为嵌入式应用选择、实现NAND闪存海量存储

归档日期:06-16       文本归类:嵌入式应用      文章编辑:爱尚语录

  在嵌入式应用中,海量存储密度正在以前所未有的速度增长。像便携式媒体播放器、蜂窝电话、数码相机、便携式导航设备、无线网卡、闪盘这样的消费产品由于需要处理越来越多的多媒体内容而要求更高的海量存储密度。

  NAND闪存已经成为消费类应用中用作海量存储的主要选择,因为它相比NOR闪存而言具有单位比特成本更低、存储密度更高的优势,并且具有比硬盘更小的尺寸、更低的功耗以及更可靠的优势。

  因为NAND闪存在消费市场上的需求量很高,因而存储成本下降得很快,像POS(销售点)终端、打印机以及其他应用可以用NAND存储器以更低的成本达到更高的密度。

  然而,由于这些嵌入式应用对更高NAND闪存密度的要求在不断提高,设计师需要从各种NAND闪存类型、密度、供应商以及发展路线图和实现方式中作出合理选择。

  使用NAND闪存的第一个也是最重要的选择标准是NAND控制器的实现。所有的NAND闪存器件都需要位于软件中的维护开销和作为硬件的外部控制器以确保数据可靠,使NAND闪存器件的寿命最大,并提高性能。NAND控制器的三个主要功能是坏块管理、损耗均衡以及纠错编码(ECC)。

  NAND闪存以簇的形式进行数据存储,即所谓的块。大多数NAND闪存器件在制造测试时就会发现有一些坏块,这些坏块在供应商的器件规格说明中是有标记的。

  此外,好的块也可能会在NAND生命周期内降低性能,因此必须通过软件进行跟踪,并进行坏块管理。此外,对特定的块进行不断的读写操作可能导致该块很快“磨损”而变成坏块。为了确保NAND器件最长的寿命,限制磨损块的数量,需要利用损耗均衡技术让所有的块读写次数均衡。

  最后,由于某个单元的休止或操作可能产生误码,因此必须以软件或硬件方式实现ECC来发现并纠正这些误码。ECC通常被业界定义为每528字节扇区中能纠正的代码比特数。在一个系统中,这种NAND控制器可以按照图1所示的三种不同配置方式与NAND进行组合。

  除了从图1所示的三种NAND解决方案中作出选择外,设计师还必须在两种NAND闪存器件-SLC NAND和MLC NAND中作出选择,它们各有优缺点。

  SLC NAND的每个块都具有更长的使用寿命和可靠性,因此需要较少的ECC,并能提供优异的性能。MLC NAND性能则较低,而且难以实现,因为它需要更高等级的坏块管理、损耗均衡和ECC。

  然而就单比特的价格来说,它大约只有SLC NAND的1/3。由于SLC和MLC NAND之间成本差距越来越大,大多数应用开始转向MLC NAND,特别是较高密度的应用,这样可以大大地降低材料成本。

  图1中的三选一需要考虑多种因素,包括微处理器对NAND控制器的支持、所采用的NAND类型(SLC或MLC)以及平台所要求的NAND密度。

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