NOR FLASH和NAND FLASH的應(yīng)用電路

本文要點(diǎn)：

1. 給出了華為三星及英特爾的常用FLASH參考電路；
2. 結(jié)合datasheet解說(shuō)2 bit以及4 bit的NAND FLASH;
3. 調(diào)試思路總結(jié)以及簡(jiǎn)單的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)分享；
4. 最新的3D Xpoint技術(shù)介紹。

首先，我要用這張圖來(lái)說(shuō)明存儲(chǔ)器近70年的發(fā)展歷程，縱觀這70年的發(fā)展，可以發(fā)現(xiàn)主要是在容量，速度以及壽命等方面出現(xiàn)了飛躍式增長(zhǎng)。

然后，給出實(shí)際工程中的常見(jiàn)幾種應(yīng)用電路。

（1） 第一種應(yīng)用：

NOR FLASH和NAND FLASH的工程應(yīng)用電路如下圖所示，電路結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，是非常常用的電路單元，就不多說(shuō)了

（2） 第二種應(yīng)用

還有一種應(yīng)用電路也很常用，目前的實(shí)際工程也經(jīng)常使用，就是2 bit或者4 bit NAND FLASH的應(yīng)用單元電路，硬件工程師在選取器件時(shí)，有一項(xiàng)規(guī)格參數(shù)就是讓選擇X1/X2/X4的這一項(xiàng)，這個(gè)就是用來(lái)選擇幾個(gè)bit的，電路形式略有不同，如下圖所示。

圖中可以看出，復(fù)用了幾個(gè)pin，然后結(jié)合MISO和MISO就組成了D0, D1, D2以及D3。具體說(shuō)明可以從器件SPEC中可以查到，如下圖所示。

（3） 第三種應(yīng)用

這種應(yīng)用也很常見(jiàn)，如下圖所示，就是多片SPI FLASH通過(guò)不同的片選信號(hào)，連接到CPU上工作的線路圖。也很簡(jiǎn)單，但是是常用的電路模塊，也需要牢記的。

[調(diào)試經(jīng)驗(yàn)]

分享一個(gè)早期調(diào)試一個(gè)主板上的SPI FLASH的經(jīng)驗(yàn)。

1.在主板上驗(yàn)證一個(gè)新的SPI FLASH, 焊接好后，外掛的ROM芯片始終不工作，焊接也沒(méi)問(wèn)題

反復(fù)檢查后，發(fā)現(xiàn)主系統(tǒng)主要是采用1.8V供電，但是SPI ROM則是3.3V供電，如果要用25XX芯片，則需要采用Level Shift電路?；蛘卟捎玫诙N方案：是采用winbond的1.8V的芯片W25Q32XX換上這塊芯片后，系統(tǒng)工作了。

[新技術(shù)進(jìn)展]

3D Xpoint是自NAND Flash推出以來(lái)，最具突破性的一項(xiàng)存儲(chǔ)技術(shù)。比NAND速度快1000倍以上，壽命是NAND的1000倍以上。并且具備以下四點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，3D Xpoint被看做是存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)顛覆者：

（1）比NAND Flash快1000倍；

（2）成本只有DRAM的一半；

（3）使用壽命是NAND的1000倍；

（4）密度是傳統(tǒng)存儲(chǔ)的10倍；

因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，集中的解決了目前存儲(chǔ)器存在的痛點(diǎn)。

1.存儲(chǔ)器的性能是PC設(shè)備上目前的短板。

2.DRAM：易失性難以解決，也就是存儲(chǔ)需要不停供電，斷電就會(huì)丟失存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。DRAM只是不斷地在預(yù)取值和總線上進(jìn)行調(diào)整，核心的存儲(chǔ)架構(gòu)變化不大。

3.NAND：使用壽命、延遲不盡如人意，即使是性能最好的SLC NAND顆粒，其壽命也比DRAM小得多。

目前最快的DDR4內(nèi)存，仍舊只能充當(dāng)暫存器。

原理簡(jiǎn)要說(shuō)明：

3D XPoint的工作原理與NAND存在著根本性的不同。NAND通過(guò)絕緣浮置柵極捕獲不同數(shù)量的電子以實(shí)現(xiàn)bit值定義，而3D XPoint則是一項(xiàng)以電阻為基礎(chǔ)的存儲(chǔ)技術(shù)成果，其通過(guò)改變單元電阻水平來(lái)區(qū)分0與1。

3D XPoint的存儲(chǔ)單元可以以3D方式進(jìn)行堆疊，從而進(jìn)一步提升存儲(chǔ)密度。在英特爾的官方宣傳中，3D XPoint擁有NAND類似的容量和DRAM類似的性能。包括比NAND速度快（應(yīng)該是指延遲低）1000倍以上，壽命是NAND的1000倍以上，數(shù)據(jù)密度則達(dá)到了DRAM的十倍以上。如此屌炸天的性能，你，怕不怕？

以下是NAND和NOR Flash的應(yīng)用調(diào)試筆記：

對(duì)于NAND Flash，其操作包括擦除和編程，擦除的最小單位是塊(block)，編程的最小單位是頁(yè)(page)。由于頁(yè)的大小比塊小很多，因此NAND Flash的讀、寫(xiě)、擦等速度比NOR Flash要快很多，而擦除操作比讀操作要慢。

對(duì)于NOR Flash，其操作包括擦除和編程，擦除和編程的最小單位都是位(bit)。NOR Flash的讀速度比NAND Flash要快很多，但由于位(bit)級(jí)別的擦除和編程操作非常慢，因此NOR Flash的擦除和編程速度比NAND Flash要慢很多。

在使用NAND或NOR Flash時(shí)，需要注意其擦除和編程的操作細(xì)節(jié)，比如擦除和編程的最小單位、擦除和編程的速度等。此外，還需要注意其地址映射、容量、接口類型等其他參數(shù)。

在使用NAND或NOR Flash時(shí)，需要進(jìn)行壞塊管理和數(shù)據(jù)保護(hù)。對(duì)于壞塊管理，可以通過(guò)出廠前測(cè)試并記錄壞塊位置來(lái)實(shí)現(xiàn)；對(duì)于數(shù)據(jù)保護(hù)，可以通過(guò)備份、校驗(yàn)等方式來(lái)確保數(shù)據(jù)的安全性。

在使用NAND或NOR Flash時(shí)，需要注意其電源、時(shí)鐘等硬件電路的設(shè)計(jì)，以確保其正常工作。同時(shí)，還需要進(jìn)行軟件調(diào)試和優(yōu)化，以確保程序的正確性和性能。

總之，在使用NAND或NOR Flash時(shí)，需要注意其操作細(xì)節(jié)和其他參數(shù)，并進(jìn)行壞塊管理和數(shù)據(jù)保護(hù)，以確保其正常工作和數(shù)據(jù)的安全性。