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Flash晶片你都認識嗎?

資料來源:https://read01.com/zh-tw/P5P8Eg.html#.WkL5ZlWWaUk

Flash存儲器,簡稱Flash,它結合了ROM和RAM的長處,不僅具備電子可擦除可編程的性能,還不會因斷電而丟失數據,具有快速讀取數據的特點;在現在琳琅滿目的電子市場上,Flash總類可謂繁多,功能各異,而你對它了解有多少呢?

為了讓大家更深入了解Flash,今天將主要根據晶片的通信協議並且結合Flash的特點,給大家一個全新認識。

一、IIC EEPROM

IIC EEPROM,採用的是IIC通信協議;IIC通信協議具有的特點:簡單的兩條總線線路,一條串行數據線(SDA),一條串行時鐘線(SCL);串行半雙工通信模式的8位雙向數據傳輸,位速率標準模式下可達100Kbit/s;一種電可擦除可編程只讀存儲器,掉電後數據不丟失,由於晶片能夠支持單字節擦寫,且支持擦除的次數非常之多,一個地址位可重複擦寫的理論值為100萬次,在實際應用中具有著不可替代的作用。日常我們常接觸晶片型號有 AT24C02、FM24C02、CAT24C02等,其常見的封裝多為DIP8,SOP8,TSSOP8等。

二、SPI NorFlash

SPI NorFlash,採用的是SPI 通信協議,有4線(時鐘,兩個數據線,片選線)或者3線(時鐘,兩個數據線)通信接口,由於它有兩個數據線能實現全雙工通信,因此比IIC通信協議的 IIC EEPROM的讀寫速度上要快很多。SPI NorFlash具有NOR技術Flash Memory的特點,即程序和數據可存放在同一晶片上,擁有獨立的數據總線和地址總線,能快速隨機讀取,允許系統直接從Flash中讀取代碼執行;可以單字節或單字編程,但不能單字節擦除,必須以Sector為單位或對整片執行擦除操作,在對存儲器進行重新編程之前需要對Sector或整片進行預編程和擦除操作。

NorFlash在擦寫次數上遠遠達不到IIC EEPROM,並且由於NOR技術Flash Memory的擦除和編程速度較慢,塊尺寸又較大,因此擦除和編程操作所花費的時間會很長;但SPI NorFlash接口簡單,使用的引腳少,易於連接,操作方便,並且可以在晶片上直接運行代碼,其穩定性出色,傳輸速率高,在小容量時具有很高的性價比,這使其很適合應於嵌入式系統中作為 FLASH ROM,所以在市場的占用率非常高。

我們通常見到的S25FL128、MX25L1605、W25Q64等型號都是SPI NorFlash,其常見的封裝多為SOP8,SOP16,WSON8,US0N8,QFN8、BGA24等。

三、Parallel NorFalsh (CFI Flash)

Parallel NorFalsh,也叫做並行NorFlash,採用的Parallel接口通信協議,擁有獨立的數據線和地址總線,它同樣繼承了NOR技術Flash Memory的所有特點;由於採用了Parallel接口,。Parallel NorFalsh相對於SPI NorFlash,支持的容量更大,讀寫的速度更快,但是由於占用的地址線和數據線太多,在電路電子設計上會占用很多資源。Parallel NorFalsh讀寫時序類似於SRAM,只是寫的次數較少,速度也慢,由於其讀時序類似於SRAM,讀地址也是線性結構,所以多用於不需要經常更改程序代碼的數據存儲。

我們通常見到的S29GL128、MX29GL512、SST39VF020等型號都是Parallel NorFlash,其常見的封裝多為TSSOP32、TSOP48、BGA64,PLCC32等。

四、Parallel NandFlash

Parallel NandFlash同樣採用了Parallel接口通信協議,NandFlash在工藝製程方面分有三種類型:SLC、MLC、TLC。 NandFlash技術Flash Memory具有以下特點:以頁為單位進行讀和編程操作,以塊為單位進行擦除操作;具有快編程和快擦除的功能,其塊擦除時間是2ms,而NOR技術的塊擦除時間達到幾百ms;晶片尺寸小,引腳少,是位成本(bit cost)最低的固態存儲器;晶片包含有壞塊,其數目取決於存儲器密度。壞塊不會影響有效塊的性能,但設計者需要有一套的壞塊管理策略!

對比Parallel NorFalsh,NandFlash在擦除、讀寫方面,速度快,使用擦寫次數更多,並且它強調更高的性能,更低的成本,更小的體積,更大的容量,更長的使用壽命。這使NandFlash很擅於存儲純資料或數據等,在嵌入式系統中用來支持文件系統。其主要用來數據存儲,大部分的U盤都是使用 NandFlash,當前NandFlash在嵌入式產品中應用仍然極為廣泛,因此壞塊管理、掉電保護等措施就需要依賴NandFlash使用廠家通軟體進行完善。

我們通常見到的S34ML01G100、MX30LF2G18AC、MT29F4G08ABADA等型號都是Parallel NandFlash,其常見的封裝多為TSOP48、BGA63、BGA107,BGA137等。

五、SPI NandFlash

SPI NandFlash,採用了SPI NorFlash一樣的SPI的通信協議,在讀寫的速度上沒什麼區別,但在存儲結構上卻採用了與Parallel NandFlash相同的結構,所以SPI nand相對於SPI norFlash具有擦寫的次數多,擦寫速度快的優勢,但是在使用以及使用過程中會同樣跟Parallel NandFlash一樣會出現壞塊,因此,也需要做特殊壞塊處理才能使用;

SPI NandFlash相對比Parallel NandFlash還有一個重要的特點,那就是晶片自己有內部ECC糾錯模塊,用戶無需再使用ECC算法計算糾錯,用戶可以在系統應用當中可以簡化代碼,簡單操作;

我們通常見到的W25N01GVZEIG、GD5F4GQ4UBYIG、F50L1G41A等型號都是SPI NandFlash,其常見的封裝多為QFN8、BGA24等。

六、eMMC Flash

eMMC採用統一的MMC標準接口,自身集成MMC Controller,存儲單元與NandFlash相同。針對Flash的特性,eMMC產品內部已經包含了Flash管理技術,包括錯誤探測和糾正,Flash平均擦寫,壞塊管理,掉電保護等技術。MMC接口速度高達每秒52MBytes,eMMC具有快速、可升級的性能,同時其接口電壓可以是 1.8v 或者是 3.3v。

eMMC相當於NandFlash+主控IC ,對外的接口協議與SD、TF卡一樣,主要是針對手機或平板電腦等產品的內嵌式存儲器標準規格。eMMC的一個明顯優勢是在封裝中集成了一個控制器,它提供標準接口並管理快閃記憶體,使得手機廠商就能專注於產品開發的其它部分,並縮短向市場推出產品的時間。這些特點對於希望通過縮小光刻尺寸和降低成本的NAND 供應商來說,同樣的重要。

eMMC由一個嵌入式存儲解決方案組成,帶有MMC(多媒體卡)接口、快閃記憶體設備(Nand Flash)及主控制器,所有都在一個小型的BGA 封裝,最常見的有BGA153封裝;我們通常見到的KLMAG8DEDD、THGBMAG8B4JBAIM、EMMC04G-S100等型號都是eMMC Flash。eMMCFlash存儲容量大,市場上32GByte容量都常見了,其常見的封裝多為BGA153、BGA169、BGA100等。。

七、USF2.0

JEDEC在2013年9月發布了新一代的通用快閃記憶體存儲器標準USF2.0,該標準下得快閃記憶體讀寫速度可以高達每秒1400MB,這相當於在兩秒鐘內讀寫兩個CD光碟的數據,不僅比eMMC有更巨大的優勢,而且它甚至能夠讓電腦上使用的快閃記憶體存儲介質固態硬碟也相形見絀。UFS快閃記憶體規格採用了新的標準2.0接口,它使用的是串行介面,很像PATA、SATA的轉換,並且它支持全雙工運行,可同時讀寫操作,還支持指令隊列。相對之下,eMMC是半雙工,讀寫必須分開執行,指令也是打包,在速度上就已經是略遜一籌了,而且UFS晶片不僅傳輸速度快,功耗也要比eMMC5.0低一半,可以說是日後旗艦手機快閃記憶體的理想搭配。目前僅有少數的半導體廠商有提供封裝成品,如三星、東芝電子等。

Flash因功能不同,使用的領域也各異,它在電子市場上應用極為廣泛,需求量極大,每日的需求量可達百萬的數量級,工廠要保證生產效率就必須要求所用的編程高穩定、高速度,目前國內ZLG致遠電子的SmartPRO 6000F-Plus是給Flash量身定製的一款高效能的Flash專燒編程器。

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