eMMC存储简介

eMMC存储简介只是简介囧沙贝2012.9.21eMMC(EmbeddedMultiMediaCard)嵌入式多媒体卡MMC协会所订立的内嵌式存储器标准规格主要应用于智能手机和移动嵌入式产品什么是eMMC1、eMMC拥有存储以及取代NorFlash的开机功能，开机速度比传统的MCP要快几倍2、eMMC可以很好的解决对MLC和TLC的管理，ECC除错机制、区块管理、平均抹写储存区块技术、指令管理、低功耗管理等。3、厂商不用再为不同的NANDFlash重新设计规格、不用处理NANDFlash相容性和管理问题、缩短新品上市周期、研发成本eMMC的优点eMMC结构由一个嵌入式存储解决方案组成：标准MMC封装接口主控制器(控制芯片)快闪存储器设备(NANDFlash芯片)这三部分封装在一个JEDEC(固态技术协会)标准的BGA上。接口速度高达每秒52MB，eMMC具有快速、可升级的性能。同时其接口电压可以是1.8v或者是3.3v。eMMC的结构看图说话～CoreRegulator核心稳压器eMMC的结构MemoryNANDFlash存储介质控制信号数据总线MMCI/OBlockNANDI/OBlockCoreRegulator(requiredfor3.3v)CoreLogicBlockVCCVCCQRESETVDDiCLKCMDDAT[7:0]Creg1.I/O0~I/O7：用于输入地址/数据/命令,输出数据，有可能16位，但高8位只用于数据2.CLE:CommandLatchEnable,命令锁存使能,在输入命令之前,要先在模式寄存器中,设置CLE使能3.ALE:AddressLatchEnable,地址锁存使能,在输入地址之前,要先在模式寄存器中,设置ALE使能4.CE#:ChipEnable,芯片使能,在操作NandFlash之前,要先选中此芯片,才能操作5.RE#:ReadEnable,读使能,在读取数据之前,要先使CE#有效。6.WE#:WriteEnable,写使能,在写取数据之前,要先使WE#有效。7.WP#:WriteProtect,写保护8.R/B#:Ready/BusyOutput,就绪/忙,主要用于在发送完编程/擦除命令后,检测这些操作是否完成:忙,表示编程/擦除操作仍在进行中,就绪表示操作完成.9.Vcc:Power,电源10.Vss:Ground,接地11.N.C:Non-Connection,未定义,未连接。[小常识]在数据手册中,你常会看到,对于一个引脚定义,有些字母上面带一横杠的,那是说明此引脚/信号是低电平有效,比如你上面看到的RE头上有个横线,就是说明,此RE是低电平有效,此外,为了书写方便,在字母后面加“#”,也是表示低电平有效，比如上面写的CE#；如果字母头上啥都没有，就是默认的高电平有效，比如上面的CLE，就是高电平有效。NandFlash引脚(Pin)的说明1、SLC和MLCSLC每个存储单元只存储一个Bit数据MLC每个存储单元可以存储多个Bit数据根据电荷多少设定阀值,比如4V，可以用1234V分别表示数值2、如何识别SLC和MLC通过读取chipID，chipID最少4个字节，可以更多其中第3个字节中的信息如下Bit[1:0]内部芯片数1、2、4、8Bit[3:2]电平种类数2、4、8、16Bit[5:4]可同时编程页1、2、4、8Bit[6]多芯片交替编程是否支持0：不支持Bit[7]高速缓存编程(cacheProgram)是否支持0：不支持Nand的存储单元NandFlash的核心部件是FloatingGateFET(浮置栅场效应管)NANDFlash的擦写均是基于隧道效应：电子从源极穿过浮置栅极与硅基层之间的绝缘层，对浮置栅极充电(写数据‘0’)或放电(擦数据‘1’)，NandFlash擦除以block为单位，写数据以page为单位。清除Flash的数据是写1，这与硬盘正好相反。NorFlash则反过来，电流从浮置栅极到源极，称为热电子注入NAND存储单元硬件原理1、NAND的闪存单元比NOR要小因为NOR的每个单元都需要独立的金属触点。NAND的与硬盘驱动器类似，基于扇区(页Page),也存在坏的扇区，需要ECC纠错2、因为单元小，所以NAND的写(编程)和擦除的速率快；而NOR的优点是具有随机存取和对字节执行写操作的能力，NAND的则比较慢。Nand和Nor物理上的区别块(Block)是擦除操作的最小单位(相当于硬盘的扇区)一个nandflash由很多个块（Block）组成，块的大小一般是128KB，256KB，512KB页(Page)是编程操作的最小单位每个块里面又包含了很多页（page）。页的大小256B、512B、2KB、4KB每一个页，对应还有一块区域，叫做空闲区域（sparearea）/冗余区域（redundantarea），而Linux系统中，一般叫做OOB（OutOfBand）。这个区域，是最初基于NandFlash的硬件特性：数据在读写时候相对容易错误，所以为了保证数据的正确性，必须要有对应的检测和纠错机制，此机制被叫做EDC(ErrorDetectionCode)/ECC（ErrorCodeCorrection,或者ErrorCheckingandCorrecting），所以设计了多余的区域，用于放置数据的校验值。OOB的第6个Byte标记为非0xff时，表示坏块ECC一般每256字节生成3字节ECC校验数据。(6bit列校验+16bit行校验+2bit保留)页的编程只能顺序进行：Page1-Page2-Page3NandFlash物理存储单元的阵列组织结构NandFlash物理存储单元的阵列组织结构以2Gb(128MB)NAND器件为例，它由2048个Block组成，1Block=64Page(128KB)1Page=2048Bytes+64Bytes（见下图）即128MB=2048(Block)*64(Page)*2048Bytes页寄存器（PageRegister）：由于NandFlash读取和编程操作来说，一般最小单位是页，所以，nandflash在硬件设计时候，就考虑到这一特性，对于每一片，都有一个对应的区域，专门用于存放，将要写入到物理存储单元中去的或者刚从存储单元中读取出来的，一页的数据，这个数据缓存区，本质上就是一个buffer，但是只是名字叫法不同，datasheet里面叫做PageRegister，此处翻译为页寄存器，实际理解为页缓存，更为恰当些。NandFlash中的特殊硬件结构以三星的芯片为例:1、配置寄存器(NFCONF)0x4E0000002、命令寄存器(NFCMD)0x4E0000043、地址寄存器(NFADDR)0x4E0000084、数据寄存器(NFDATA)0x4E00000C5、状态寄存器(NFSTAT)0x4E0000106、ECC校验寄存器(NFECC)0x4E000014NandFlash中的特殊硬件结构Function1stCycle地址周期数2ndCycle忙碌时可用Read00h530hReadforCopyBack00h535hReadID90h1-ResetFFh--oPageProgram80h510hTwo-PlanePageProgram80h---11h81h---10hCopy-BackProgram85h510hTwo-PlaneCopy-BackProgram85h---11h81h---10hBlockErase60h3D0hTwo-PlaneBlockErase60h-60hD0hRandomDataInput85h2-RandomDataOutput05h2E0hReadStatus70h-0ReadEDCStatus7Bh-0Chip1StatusF1h-0Chip2StatusF2h-0NandFlash的命令合集(某款芯片)Nandflash的写操作叫做编程(Program)，一般以页为单位的。写操作只能在空页面或者已经被擦除的页面进行(全0xFF)擦除的步骤(以块为单位)1、发送擦除设置命令0x602、发送要擦除的块地址3、发送开始擦除命令0xD0写操作的步骤(以页为单位)1、发送写命令0x802、发送要编程的页地址和数据(1个Page)3、发送开始写命令0x10NANDFlash的编程操作(写)步骤同写操作1、发送写命令0x002、发送要读取的页地址3、发送开始写命令0x304、查看寄存器状态，R/B#为ready(1)时，可以从缓存中取数据时序图NandFlash的读操作以K9K8G08U0A为例此nandflash，一共有8192个块，每个块内有64页，每个页是2K+64Bytes假设我们要访问第7000个块中的第25页中的1208字节的地址物理地址=块号×块大小+页号×页大小+页内地址=7000×128K+25×2K+1208=0x36B0CCB8(917556408)计算地址的时候计算OOB的大小吗？不计算如何计算地址1、地址周期的说明(不同的Flash可能会有不同)0x36B0CCB8=00110110101100001100110010111000地址:1、A7~A0：101110002、A11~A8：00001100(A10~A0：10010111000：1208页地址)3、A19~A12：00001100(A16~A11：011001：25页)4、A27~A20：011010115、A29~A28：00000011(A29~A17：1101101011000：7000Block)A10~A0：页内地址0~2047；A11用于表示2048~2112OOBA16~A11：页地址；A29~A17：块地址如何传输地址CycleI/O7I/O6I/O5I/O4I/O3I/O2I/O1I/O0FirstA7A6A5A4A3A2A1A0ColumnSecondLOWLOWLOWLOWA11A10A9A8ColumnThirdA19A18A17A16A15A14A13A12RowFourthA27A26A25A24A23A22A21A20RowfifthLOWLOWLOWLOWLOWLOWA29A28Row1、自从NAND结构被设计以来，标准规范中是允许存在坏块的，只要坏块比例小于总容量的2%就是允许的。2、坏块列表是被要求的，因为NANDFlash只能执行有限次数的读和擦除次数(10w~100w)，所有的Flash存储器最终都会被磨损且不再能使用，坏块列表用来跟踪记录坏块。3、坏块分为两种：1）生产过程中产生的一般在该块的前两个Page的滴517字节处用非FF来标识(每页512字节)2）使用过程中产生的如果一个块在擦除整块或写一个页失败时，会被标志为坏块，并且以后不再访问如果擦除了坏块，即标识位被改为0xff，那么在无法单独对块测试的情况下是很难重新标识的，所以坏块表(invalidblocktable)是很重要的InvalidBlock(坏块)的管理4、嵌入式系统中对坏块的处理方式1）SkipBlockMethod(跳过坏块模式)在写入之前读取所有坏块的地址，然后写入数据，当目标地址是坏块地址时，跳过坏块，写入下一个好的块中，继续保留坏块中的标识信息。所以在程序导入执行前，要先读取OOB中的坏块信息，建立列表。InvalidBlock(坏块)的管理4、嵌入式系统中对坏块的处理方式2）ReservedBlockAreaMethod(保留块区域方式)这种烧录算法，首先决定哪些块用来做UBA(UserBlockArea)，这些块被RBAmaptable记录，并保留。接下来读取OOB建立一个map到RBARBA第一第二块被用于存储列