用ClearNAND闪存改善系统设计

用ClearNAND闪存改善系统设计

2.Direct NAND解决方案

该方案实现通过将NAND闪存芯片直接连接到主处理器或SSD控制器来管理NAND闪存。ECC算法交由硬件处理，而软件通常执行所有的区块管理和损耗均衡功能。初看起来该方案可能并不理想，但考虑到今天的嵌入式处理器典型运行速度达到数百兆赫兹，很多甚至超过千兆赫兹，这些高性能处理器能够以更快的速度执行区块管理，并利用确定性多线程技术来提高闪存性能。此外，由于主处理器直接管理闪存设备，主处理器软件可以做出实时决定，这有助于避免因意外断电而造成的风险。

如图2所示，ONFI 2.2接口规范(200MT/s)最多可支持16个标准NAND闪存芯片，典型解决方案通常采用两个8片NAND闪存封装。标准8片100-BallBGA封装含有两条独立的NAND总线(DQ[7:0]1和DQ[7:0]2)，每条总线连接4片NAND闪存。闪存控制器通过两个芯片使能信号控制每四片堆叠的裸片。典型设计是把两条数据总线即DQ总线连接到一起，为每个封装提供一条8位数据总线。最高配置由两个内置8片裸片的100-Ball BGA封装组成。为选定一个特定的NAND裸片，每个标准100-Ball BGA封装需要提供四个芯片使能(CE#)控制。因此，为支持这种配置，主处理器或SSD控制器需要提供8个芯片使能信号。

3.ClearNAND解决方案

图3显示了两个不同的系统实现：传统的系统中主处理器或SSD控制器与NAND闪存直接相连；另一个系统则采用ClearNAND闪存芯片。两种方案都采用相同的ONFI硬件接口和相似的100-Ball BGA封装，不同之处是后者将一个薄型控制器与NAND闪存裸片整合在一个多芯片封装(MCP)内。ClearNAND 控制器用于实现MCP封装中NAND闪存所需的ECC算法。由于采用相同的ONFI异步或同步接口，设计人员可以轻松地从标准NAND闪存升级到 ClearNAND闪存。

美光公司的ClearNAND 闪存分为标准型和增强型两个版本。标准型ClearNAND闪存主要用于消费电子设备，可实现所需的ECC功能，并提供便于闪存升级的传统异步型ONFI总线。

增强型ClearNAND闪存能够管理ECC算法，并提供多个对于企业应用颇具价值的关键功能。它还支持ONFI 2.2接口的异步和同步通信标准，可用存储容量高达64GB。

通过改善ECC算法，两款ClearNAND闪存都能够实现下一代NAND闪存所需的ECC纠错功能。这使得设计人员无需反复重新设计电路来支持制造商最新的NAND ECC要求。

增强型ClearNAND闪存

图4所示为增强型ClearNAND闪存的架构。它支持1个ONFI 2.2接口和速度高达200MT/s的指令、地址和数据总线。VDDI去耦电容常见于e?MMC产品和内含控制器的其它闪存，用于对内部稳压器进行去耦。为向后兼容传统NAND闪存，VDDI连接放置在一个闲置引脚上。ClearNAND控制器支持两条内部闪存总线，其中一条用于连接偶数编号的逻辑单元(LUN)，另一条则连接奇数编号的逻辑单元。这两条独立闪存总线的速度高达200MT/s。此外，每条总线都配有各自的ECC引擎，可在两条总线上同时管理读操作或写操作。可以预见，未来的控制器还将支持面向400MT/s的ONFI 3接口规范。

下面将讨论增强型ClearNAND提供的四项高级功能：卷寻址、电子数据映像、中断功能和内部回写(copyback)。

卷寻址

卷寻址允许一个片选或芯片启动信号(CE#)对16个ClearNAND卷进行寻址。每个 ClearNAND控制器支持在一个MCP封装内堆叠8个裸片。ClearNAND控制器为主处理器或SSD控制器存取操作提供一个缓冲区。

如图5所示，增强型ClearNAND设计将存储容量扩大八倍，同时保持或提升了信号完整性，并减少了所需的有效芯片使能数量。这是因为对于SSD控制器，一个ClearNAND控制器仅代表一个负载，但是在一个MCP封装内最多可支持八个NAND裸片。

卷寻址概念有两层含义。第一层是为每个ClearNAND 封装确定卷地址。卷地址仅在初始化时分配一次，并保存到电源重启为止。第二层含义是卷选择指令本身，在这个新指令后面紧跟一个单字节(实际上只有4位)卷地址。一旦目标地址被选择，该地址就会保持被选状态，直到另一个卷被选择为止。这可以节省很多使能引脚。例如，一个32通道SSD需要8个使能引脚来控制两个8裸片标准NAND封装。上述32通道SSD示例需要总共256个使能引脚，而增强型ClearNAND卷寻址功能对相同数量的NAND闪存进行寻址只需32个使能引脚。此外，这相同的32个使能引脚可寻址容量是现有容量的八倍。