第4章 存储器电路ppt课件.ppt

第4章存储器电路 目录 4 1OMAP4460存储空间4 2RAM存储器4 3ROM存储器4 4存储卡接口电路设计 4 1OMAP4460存储空间 1 片上存储器芯片上的内存被划分为L3OCMRAM ROM区 RAM区和存储器内子系统 Cortex A9 Cortex M3 ABE和IVA HD L3OCMRAM 56KB片上SRAM 4KB保存和恢复 SAR ROM RAM区由四大块8KB组成 器件进入关闭模式时 它可以用来作为系统环境变量保存存储器 4 1 1OMAP4460存储空间概要 SDMA控制器 高达127请求 32优先级逻辑信道 256 64位FIFO 动态内存管理 DMM 模块 它执行全局地址翻译 地址旋转 以及交错访问 2 内存管理 有两个主要的接口 用于连接外部存储器 通用存储器控制器 GPMC 和双通道SDRAM控制器 SDRC 图形加速器 SGX GPMC支持如下存储器 异步SRAM存储器 异步 同步NORFlash存储器 NANDFlash存储器 伪SRAM器件 SDRC EMIF 3 外部存储器接口 支持设备之间的连接 LPDDR2型存储器 它支持双倍数据速率 DDR 和单数据速率 SDR 的协议 EMIF是Cortex A9微处理器的LPDDR2SDRAM NVM子系统 ISS IVA HD子系统 图形加速器 SGX 和DMA控制器之间的接口 DDR物理接口PHY 实现符合JEDECLPDDR2要求的数据速率转换 SDRC EMIF OMAP设备支持的外围设备提供了一套全面 灵活和高速 HS 接口 以及片上编程资源 4 系统和连接外围设备 1 OMAP4460映射在Cortex A9微处理器单元 MPU 有一个32位的地址端口 根据不同的目标类型 可以把4GB的空间分割成几个区域进行处理 存储器映射包括了以下的功能 以及功能共享 例如Cortex A9的MPU子系统或图像和视频加速器 IVA HD 子系统 4 1 2OMAP4460存储映射 内存空间 通用内存控制器 GPMC 动态内存管理器 DMM 寄存器空间 3级 L3 和4级 L4 互连专用空间 IVA HD子系统的图形加速器 SGX 等 GPMC和DMM专用于存储器的连接 GPMC用于NOR NAND闪存和静态RAM SRAM 的存储器 DMM用于同步动态随机存取存储器 SDRAM 的存储 如单数据速率SDRSDRAM或移动双倍数据速率DDRSDRAM L3互连允许共享资源 如外围设备和外部的片上存储器 L4互连外围设备的访问控制 OMAP4460的存储空间系统是分层次的 1级 L1 2级 L2 L3和L4 Cortex A9微处理器的L1和L2 包括Cortex M3微控制器 数字信号处理器 DSP 子系统的存储器 L3处理许多类型的数据传输 数据交换与系统内部 外部 on chip external 存储器 L3和L4实现芯片级互连 包括一个L3和4个L4S 实现所有模块和子系统之间的通信 2 L3内存空间映射 4 2RAM存储器 1960年 IBM大型主机主要采用磁芯存储器 磁芯存储器不但容易损坏 而且价格昂贵 速度慢 为解决磁芯存储器存在的不足 当时科学家提供了诸多设计方案 但这些方案与磁芯存储器相比 不但技术原理更加复杂 而且造价也更昂贵 罗伯特 登纳德博士在一个座谈中了解到 薄膜磁存储技术采用了一块小磁体和邻近的一对信号线能实现1个比特 二进制位 的存储 几个月后登纳德博士提出了一个设想 即二进制位可以存储在电容上 一个场效应管 FET 可以用于控制充放电 在经过长时间的研究后 登纳德博士最终发明了可存储少许数据 基于单晶体管设计的存储单元 D RAM芯片 随着个人电脑 PC 的兴起 罗伯特 登纳德的这项发明的意义逐渐显现出来 4 2 1RAM存储器介绍 写入的时候在需要写入的磁芯所对应的XY坐标线上各输入稍高于50 磁环磁化阈值的电流 所以这样只有XY坐标对应的那个磁芯上会同时在两条线中都有电流 叠加之后会超过阈值的电流 磁芯因而磁化或者改变磁化方向从而写入一位数据 而其他所有的磁芯内通过的电流或者是0 或者是50 磁化阈值 都达不到磁化电流不能被磁化 所以没有数据写入 读出的时候比较复杂 分别在XY送入读出电流 读出电流的大小和写入的时候一样也是略大于50 磁化阈值的电流 读出电流的方向我们是事先知道的 这样在XY寻址坐标所对应的那个磁芯里就会有超过阈值的电流 如果它的本来磁场方向和读出电流所对应的磁场方向相反的话 那么由于磁芯的磁性状态发生翻转 有巨大的磁通量变化 在斜穿的读出线上就会有大的感应电流 所以我们就知道这个磁芯存储的是和读出信号相反的数据 如果它的本来磁场方向和读出电流所对应的磁场方向一样的话 那么由于磁芯的磁性状态没有发生变化 在斜穿的读出线上就不会有感应电流 所以我们就知道这个磁芯存储的是和读出信号相同的数据 磁芯中的数据就这样被读出了 不过这还没有完 因为值得注意的是这时候在读完数据之后显然无论原来磁芯上存的是什么数据 读过之后就都被写成同样的读出数据了 也就是这个读出是破坏性的 所以必须有个办法在读出之后恢复存储的数据 所以读完之后还需要立即另外重新再写一遍原先的数据进去 恢复本来的数据 方法就是前述的写入数据的方法 用放在缓存中的磁环中原来存储的数据写回去 所以磁芯存储器的读相当麻烦 也比较慢 读出时没被选中的磁芯和写入时一样 都不会改变磁性状态而产生感应电流 所以不会被读出也不会干扰被选中的磁芯读出数据 SRAM StaticRAM 是一种具有静止存取功能的存储器 不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据 不像DRAM内存那样需要刷新电路 每隔一段时间 固定要对DRAM刷新充电一次 否则内部的数据即会消失 因此SRAM具有较高的性能 但是SRAM的集成度较低 设计相同容量的内存 SRAM需要比DRAM更大的体积 RAM最显著的优点就是速度非常快 在快速读取和刷新时能够保持数据完整性 因而被广泛应用在各个领域 1 SRAM DRAM DynamicRAM 即动态RAM 是RAM家族中最大的成员 通常所讲的RAM即指DRAM RAM的动态存储单元是利用MOS管栅极电容可以存储电荷的原理制成的 存储单元的结构能做得非常简单 普遍应用于大容量 高集成度的RAM中 由于栅极电容的容量很小 通常仅为几皮法 而漏电流又不可能绝对等于零 所以电荷保存的时间有限 为了及时补充漏掉的电荷以避免存储的信号丢失 必须定时给栅极电容补充电荷 通常将这种操作称为刷新或再生 因此 DRAM工作时必须辅以必要的刷新控制电路 同时也使操作复杂化了 2 DRAM 在进行写操作时 字线给出高电平 使T导通 位线上的数据便通过T被存入CS中 在进行读操作时 字线同样给出高电平 使T导通 CS经T向位线上的电容CB提供电荷 使位线获得读出的信号电平 SDRAM SynchronousDynamicRandomAccessMemory 即同步动态随机存取存储器 同步是指Memory工作需要同步时钟 内部命令的发送与数据的传输都以它为基准 与系统总线速度同步 也就是与系统时钟同步 这样就避免了不必要的等待周期 减少数据存储时间 同步还使存储控制器知道在哪一个时钟脉冲期由数据请求使用 因此数据可在脉冲上升期便开始传输 动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失 随机是指数据不是线性依次存储 而是由指定地址进行数据读写 3 SDRAM SDRAM是有一个同步接口的动态随机存取内存DRAM 通常动态随机存取内存 DRAM 是有一个异步接口的 这样它可以随时响应控制输入的变化 而SDRAM有一个同步接口 在响应控制输入前会等待一个时钟信号 这样就能和计算机的系统总线同步 时钟被用来驱动一个有限状态机 对进入的指令进行流水线操作 这使得SDRAM与没有同步接口的异步DRAM asynchronousDRAM 相比 可以有一个更复杂的操作模式 流水线意味着芯片可以在处理完之前的指令前 接受一个新的指令 在一个写的流水线中 写命令在另一个指令执行完之后可以立刻执行 而不需要等待数据写入存储队列的时间 在一个读的流水线中 需要的数据在读指令发出之后固定数量的时钟频率后到达 而这个等待的过程可以发出其它附加指令 这种延迟被称为等待时间 在为计算机购买存储时是一个很重要的参数 从发展到现在已经经历了五代 分别是 第一代SDRSDRAM 第二代DDRSDRAM 第三代DDR2SDRAM 第四代DDR3SDRAM 第五代DDR4SDRAM SDRAM的基本信号可以分成以下几类 1 控制信号 包括片选 CS 同步时钟 CLK 时钟有效 CLKEN 读写选择 WE 数据有效 DQM 等 2 地址选择信号 包括行地址选择 RAS 列地址选择 CAS 行 列地址线 SA0 SA12 分时复用 Bank块地址线 BA0 BA1 3 数据信号 包括双向数据端口 DQ0 DQ15 接收数据有效信号 DQM 控制等 DQM为低时 写入 读出有效 4 2 2SDRAM工作原理 128Mb 32M 4bit SDRAM内部结构图 突发 Burst 是指在同一行中相邻的存储单元连续进行数据传输的方式 连续传输所涉及到存储单元 列 的数量就是突发长度 BurstLengths BL 内存控制器读 写P Bank位宽是8位 即8个字节 但是实际的数据大多都是超过8位的 每次只能对一个存储单元进行寻址 如果要连续的读 写就还要对当前存储单元的下一个单元进行寻址 就要不断地发送列地址与读 写命令 行地址不变 所以不用再对行寻址 这样就占用了大量的内存控制资源 在数据进行连续传输时无法输入新的命令 传输效率很低 3 突发长度 非突发连续读取模式 为此 突发传输技术应运而生 指定起始列地址与突发长度 内存控制器依次地自动对后面相应数据的存储单元进行读 写操作而不再需要控制器连续地提供列地址 这样 除了第一笔数据的传输需要若干个周期 主要是之前的延迟 一般是tRCD CL 外 其后每个数据只需一个周期即可获得 突发连续读取模式时序 至于BL的数值 不能随便设定或者传输前临时决定 目前可用的选项是1 2 4 8 全页 FullPage 常见的设定是4和8 另外 在MRS ModeRegisterSet 阶段除了要设定BL数值之外 还要确定读 写操作的模式以及突发传输的模式 如果BL 4 意味着传送4 64bit的数据 但是 并不是所有的数据都是需要的 为了屏蔽不需要的数据 数据掩码 DataI OMask DQM 技术应运而生 通过DQM 内存可以控制I O端口取消哪些输出或输入的数据 在读取时 被屏蔽的数据仍然会从存储体传出 只是在 掩码逻辑单元 处被屏蔽 为了精确屏蔽一个P Bank位宽中的每个字节 每个DIMM有8个DQM信号线 每个信号针对一个字节 这样 对于4bit位宽芯片 两个芯片共用一个DQM信号线 对于8bit位宽芯片 一个芯片占用一个DQM信号 而对于16bit位宽芯片 则需要两个DQM引脚 4 数据掩码 图5 7SDRAM使用DQM技术读取时序图 DRAM种类繁多 主要分为异步 同步和图像DRAM三大类别 还有一种Rambus公司的RDRAM 4 2 3DDRSDRAM分类 几种常见的DRAM电源电压和IO电压 DDR3JEDEC标准模块 DDR4内存规格DDR4内存将会拥有两种规格 其中使用Single endedSignaling信号的DDR4内存其传输速率已经被确认为1 6 3 2Gbps 而基于差分信号技术的DDR4内存其传输速率则将可以达到6 4Gbps 由于通过一个DRAM实现两种接口基本上是不可能的 因此DDR4内存将会同时存在基于传统SE信号和差分信号的两种规格产品 4 DDR4 MDDR 即为MobileDDRSDRM 是内存的一种 也可称为LPDDR LowPower 以低功耗和小体积为优势 其寿命也比DDR DDR2长 相对于DDR 在相同等效频率下 DDR需消耗2 5V电压 而MDDR只需消耗1 8V 由于MDDR体积小 使其在移动设备中使用较广泛 例如手机 上网本等 MDDR的生产厂家主要有Samsung和Micron 4 MDDR LPDDR 1 首先关于节能技术 在接口 I O 与内部的电压和内部电压两方面 原来的LPDDR为 1 8V 而此次的LPDDR2还支持 1 2V 并且 还支持更新部分内存阵列的 PartialArraySelfRefresh 和 Per BankRefresh 2 中的闪存和SDRAM可共用接口此次还是首次 这样可降低控制器的引脚数 提高内存子系统周围的安装密度 3 的内存特性和容量方面 支持的工作频率为100MHz 533MHz 数据位宽为 8 16和 32 有2bit和4bit两种 闪存容量为64Mbit 32Gbit DRAM为64Mbit 8Gbit 6 LPDDR2 随着手持移动设备的硬件迅速发展 以现有的高端Cortex A15架构来看 最高频率可达2 5GHz与支持最多1TB的内存所带来的总线带宽需求相当惊人 虽然现有的内存带宽仍足以满足需求 但在带宽与省电性上还是有继续改进的必要 内存大厂Samsung今日在其SamsungMobileSolutionsForum中宣布可供行动装置使用的30奈米制程2GBLPDDR3内存已可进入量产阶段 LPDDR3内存每个针脚的I O传输量可达1 600Mbps 在以双信道模式运作下 总线带宽可达12 8GB s 总体来说多出前代架构50 的传输能力 7 LPDDR3 1 DDR工作原理DDR采用了2位预取 2 bitprefetch 也就是2 1的数据预取 2bit预取架构允许内部的队列 column 工作频率仅仅为外部数据传输频率的一半 在SDRAM中数据传输率完全参考时钟信号 因此数据传输率和时钟频率一样 4 2 4DDRSDRAM工作原理 DDR2采了4位预取 4 bitprefetch 这就是DDR2提高数据传输率的关键 可以在不提高内部存储阵列频率的情况下提高数据输出带宽 如图5 10所示 DDR2工作原理 2 DDR DDR2和DDR3的区别 1 逻辑Bank数量DDR2SDRAM中有4Bank和8Bank的设计 目的就是为了应对未来大容量芯片的需求 而DDR3很可能将从2Gb容量起步 因此起始的逻辑Bank就是8个 另外还为未来的16个逻辑Bank做好了准备 2 封装 Packages DDR3由于新增了一些功能 所以在引脚方面会有所增加 8bit芯片采用78球FBGA封装 16bit芯片采用96球FBGA封装 而DDR2则有60 68 84球FBGA封装三种规格 并且DDR3必须是绿色封装 不能含有任何有害物质 4 2 5DDR3新增特点 由于DDR3的预取为8bit 所以突发传输周期 BL BurstLength 也固定为8 而对于DDR2和早期的DDR架构的系统 BL 4也是常用的 DDR3为此增加了一个4 bitBurstChop 突发突变 模式 即由一个BL 4的读取操作加上一个BL 4的写入操作来合成一个BL 8的数据突发传输 届时可通过A12地址线来控制这一突发模式 而且需要指出的是 任何突发中断操作都将在DDR3内存中予以禁止 且不予支持 取而代之的是更灵活的突发传输控制 如4bit顺序突发 3 突发长度 BL BurstLength 4 3ROM存储器 可编程只读存储器 Programmableread onlymemory 缩写为PROM或FPROM 是一种电脑存储记忆晶片 它允许使用称为PROM编程器的硬件将数据写入设备中 在PROM被编程后 它就只能专用那些数据 并且不能被再编程这种存储器用作永久存放程序之用 通常会用于电子游戏机 或电子词典这类可翻译语言的产品上 1 MASKROM2 PROM3 EPROM4 E2PROM 4 3 1ROM存储器类型 4 FlashMemory6 F RAM7 MRAM8 PRAM 4 3 2Flash存储器类型 FlashMemory 快闪存储器 是一种在断电情况下仍能保持所存储的数据信息的存储器 它能以block的区块单位进行擦除和编程 而不是以字节为单位 区块大小一般为256KB 20MB 闪存是电可擦除只读存储器的变种 E2PROM与闪存不同的是 它能在字节水平上进行擦除和重写 这样E2PROM就比闪存的更新速度慢 闪存通常被用来保存控制代码 比如在个人电脑中的基本输入 输出系统 BIOS 当BIOS需要被改变 重写 时 闪存可以写到block 而不是字节 大小 使它更容易被更新 另一方面 闪存不像任意存取存储器 RAM 一样有用 因为任意存取存储器必须是在字节 而不是block 水平可设定地址的 EEPROM与flash的区别 1 EEPROM可以按 位 擦写 而FLASH只能一大片一大片的擦 2 EEPROM一般容量都不大 如果大的话 EEPROM相对与FLASH就没有价格上的优势了 市面上卖的standalone的EERPOM一般都是在64KBIT以下 而FLASH一般都是8MEGBIT以上 NOR型 3 读的速度的话 应该不是两者的差别 只是EERPOM一般用于低端产品 读的速度不需要那么快 真要做的话 其实也是可以做的和FLASH差不多 EEPROM与flash的区别 4 因为EEPROM的存储单元是两个管子而FLASH是一个 SST的除外 类似于两管 写入次数方面 EEPROM比FLASH要好一些 到1000K次也没有问题的 总的来说 对与用户来说 EEPROM和FLASH没有大的区别 只是EEPROM是低端产品 容量低 价格便宜 但是稳定性较FLASH要好一些 但对于EEPROM和FLASH的设计来说 FLASH则要难的多 不论是从工艺上的还是从外围电路设计上来说 闪存 flash 闪存最先由东芝公司提出 是因为芯片存储器单元的数据能在一瞬间 或闪电般的 被删除 在Fowler Nordheimtunneling中电子刺破薄薄的一层绝缘体材料 并从有联系的每个存储单元的浮栅移动电荷 Intel提供了闪存的一种形式 在每个存储单元保存2比特 而不是1比特 这样能够使存储量翻倍而没有相应的价格增加 Flash根据内存晶体管设计架构之不同可分为CellType以及OperationType两种 CellType可分为Self AlignedGate StackGate 和Splitgate两种 前者以Intel为代表 后者则被Toshiba SST 硅碟 等厂商所采用 OperationType依据功能可分为CodeFlash 储存程序代码 和DataFlash 储存一般资料 CodeFlash动作方式有NOR和DINOR两种 而DataFlash动作方式则有NAND及AND两种 其中CodeFlash主要以NOR型为主 储存系统程序代码及小量资料 应用于PC 通信移动电话 PDA STB等产品上 而DataFlash则是以NAND型为主 用于储存大量资料 主要应用范围包括DSC MP3等所需要的各式规格的小型记忆卡 NOR技术FlashMemory具有以下特点 程序和数据可存放在同一芯片上 拥有独立的数据总线和地址总线 能快速随机读取 允许系统直接从Flash中读取代码执行 而无需先将代码下载至RAM中再执行 可以单字节或单字编程 但不能单字节擦除 必须以块为单位或对整片执行擦除操作 在对存储器进行重新编程之前需要对块或整片进行预编程和擦除操作 由于NOR技术FlashMemory的擦除和编程速度较慢 而块尺寸又较大 因此擦除和编程操作所花费的时间很长 在纯数据存储和文件存储的应用中 NOR技术显得力不从心 NAND技术FlashMemory具有以下特点 以页为单位进行读和编程操作 1页为256或512B 字节 以块为单位进行擦除操作 1块为4kB 8kB或16kB 具有块编程和块擦除的功能 其块擦除时间是2ms 而NOR技术的块擦除时间达到几百ms 数据 地址采用同一总线 实现串行读取 随机读取速度慢且不能按字节随机编程 芯片尺寸小 引脚少 位成本 bitcost 最低的固态存储器 芯片包含有失效块 其数目最大可达到3 35块 取决于存储器密度 失效块不会影响有效块的性能 但需要将失效块在地址映射表中屏蔽起来 3 NORFlash与NANDFlash的区别 什么是SLC和MLC SLC闪存 即单层式储存 SingleLevelCell SLC 包括三星电子 Hynix 美光 Micron 以及东芝都是此技术使用者 MLC闪存 多层式储存 MultiLevelCell MLC 目前有东芝 Renesas 三星使用 英飞凌 Infineon 与SaifunSemiconductors合资利用NROM技术所共同开发的多位储存 MultiBitCell MBC MLC MLC是英特尔 Intel 在1997年9月最先开发成功的 其作用是将两个位的信息存入一个浮动栅 FloatingGate 闪存存储单元中存放电荷的部分 然后利用不同电位 Level 的电荷 透过内存储存格的电压控制精准读写 假设以4种电压控制 1个晶体管可存取2bits的数据 若是控制8种电压就可以存取3bits的数据 使Flash的容量大幅提升 类似Rambus的QRSL技术 通过精确控制浮动栅上的电荷数量 使其呈现出4种不同的存储状态 每种状态代表两个二进制数值 从00到11 当然不光是NOR型闪存在使用 东芝在2003年2月推出第一款MLC型的NANDFlash 并接续2004年4月推出采用MLC技术的4Gbit与8GbitNANDFlash 显然这对于本来就以容量见长的NAND闪存更是如虎添翼 根据SemiconductorInsights研究 东芝利用90nmMLC技术所开发出来的4Gb 其die面积为144mm2 SLC SLC技术与EEPROM相同 但在浮置闸极 Floatinggate 与源极 Sourcegate 之中的氧化薄膜更薄 其数据的写入是透过对浮置闸极的电荷加电压 然后可以透过源极 即可将所储存的电荷消除 藉由这样的方式 便可储存1个个信息位 这种技术的单一位细胞方式能提供快速的程序编程与读取 不过此技术受限于低硅效率 Siliconefficiency 的问题 必须要藉由较先进的流程强化技术 Processenhancements 才能向上提升SLC制程技术 比较 SLC架构是0和1两个充电值 而MLC架构可以一次储存4个以上的充电值 因此MLC架构可以有比较好的储存密度 再加上可利用比较老旧的生产程备来提高产品的容量 而无须额外投资生产设备 可以享有成本与良率的优势 不过MLC架构有着让使用者很难容忍的缺点 就是使用寿命较短 其次MLC架构只能承受约1万次的存取 远低于SLC架构的10万次 至于存取速度 SLC架构比MLC架构要快速三倍以上 加上MLC架构对于电力的消耗较多 因此使用者若是考虑长久使用 安全储存数据以及高速的存取速度等要求 恐怕会改采用SLC架构 一 首先是存取次数 MLC架构理论上只能承受约1万次的数据写入 而SLC架构可承受约10万次 是MLC的10倍 MLC技术并非一家厂商垄断 像东芝 Toshiba 已生产了好几代MLC架构NAND闪存 包括前不久宣布和美国SanDisk公司共同开发的采用最先进56nm工艺的16Gb 2gigabyte 和8Gb 1gigabyte MLCNAND闪存 16Gb是单芯片的业内最大容量 二 读取和写入速度 SLC技术被开发的年头远早于MLC技术 与之相匹配的控制芯片技术上已经非常成熟 SLC产品数据写入速度最快能达到9664KB s KISSKS900 读取速度最快能达到13138KB s mobiBLUDAH 1700 而同样在高速USB2 0接口协议下写入速度最慢的还不足1500KB s 读取速度最慢的也没有超过2000KB s 都是SLC闪存芯片 都是高速USB2 0接口协议 为什么差别会如此大 一位业内资深设计师的答案是闪存控制芯片效能低 且与闪存之间的兼容性不好 这类产品不仅速度慢而且在数据操作时出错的概率也大 这个问题在MLC闪存刚投入市场时同样也困扰着MLC技术的发展 好在去年12月我们终于看到了曙光 这就是擎泰科技 SkymediCorporation 为我们带来的新一代高速USB2 0控制芯片SK6281及SD2 0 MMC4 2的combo快闪记忆卡控制芯片SK6621 在MLCNAND闪存的支持与速度效能上皆有良好表现 其所支持的MLC芯片已经达到了Class4的传输速度 三 功耗 SLC架构由于每Cell仅存放1bit数据 故只有高和低2种电平状态 使用1 8V的电压就可以驱动 而MLC架构每Cell需要存放多个bit 即电平至少要被分为4档 存放2bit 所以需要有3 3V及以上的电压才能驱动 最近传来好消息 英特尔新推出的65纳米MLC写入速度较以前产品提升了二倍 而工作电压仅为1 8V 并且凭借低功耗和深层关机模式 其电池使用时间也得到了延长 四 出错率 在一次读写中SLC只有0或1两种状态 这种技术能提供快速的程序编程与读取 简单点说每Cell就像我们日常生活中使用的开关一样 只有开和关两种状态 非常稳定 就算其中一个Cell损坏 对整体的性能也不会有影响 在一次读写中MLC有四种状态 以每Cell存取2bit为例 这就意味着MLC存储时要更精确地控制每个存储单元的充电电压 读写时就需要更长的充电时间来保证数据的可靠性 它已经不再是简单的开关电路 而是要控制四种不同的状态 这在产品的出错率方面和稳定性方面有较大要求 而且一旦出现错误 就会导致2倍及以上的数据损坏 所以MLC对制造工艺和控制芯片有着更高的要求 目前一些MP3主控制芯片已经采用了硬件4bitECC校验 这样就可以使MLC的出错率和对机器性能的影响减小到最低 五 制造成本 为什么硬盘容量在成倍增大的同时生产成本却能保持不变 简单点说就是在同样面积的盘片上存储更多的数据 也就是所谓的存储密度增大了 MLC技术与之非常类似 原来每Cell仅存放1bit数据 而现在每Cell能存放2bit甚至更多数据 这些都是在存储体体积不增大的前提下实现的 所以相同容量大小的MLCNANDFlash制造成本要远低于SLCNANDFlash 综上所述 MLC技术是今后NANDFlash的发展趋势 就像CPU单核心 双核心 四核心一样 MLC技术通过每Cell存储更多的bit来实现容量上的成倍跨越 直至更先进的架构问世 而SLC短期内仍然会是市场的佼佼者 但随着MLC技术的不断发展和完善 SLC必将退出历史的舞台 OneNandFlash OneNand是针对消费类电子和下一代移动手机市场而设计的 一种高可靠性嵌入式存储设备 随着过去几十年的Nand技术的发展 一些公司 基于原先的NAND的架构 设计出一种理想的单存储芯片 其集成了SRAM的缓存和逻辑接口 OneNand既实现NORFlash的高速读取速度 又保留了NandFlash的大容量数据存储的优点 与OneNand对应的是之前早就出现的NandFlash和NorFlash OneNandNandNor三种Flash的区别 OneNAND闪存 由Samsung开发 支持更快速数据吞吐和更高的密度 这两点是满足高分辨率摄影 视频和其他媒体应用的两个主要要求 OneNAND可看作NOR和NAND技术的一种混合 从本质上来讲 一个单独的OneNAND芯片集成了一个NOR闪存接口 NAND闪存控制器逻辑 一个NAND闪存阵列 以及高达5KB的缓冲RAM 至于速度 它能以高达108MB s的持续读数据率传输 OneNAND器件有两种类型 muxed和demuxed 对于muxed型 地址引脚和数据引脚结合在一起 而demuxed型芯片这两个引脚是分开的 当关注的是减少引脚数时 选择muxedOneNAND可能好一些 另外 muxedOneNAND只工作在1 8V demuxed的密度较低 不到1Gbit demuxed有1 8V和3 3V两种选择 如果muxed或demuxed器件的密度超过1Gbit 则只能选择1 8V的工作电压 基于OneNAND的芯片组的主要目标将是3G电话 写速度为17MB s的这种存储器能保证对超过HSDPA规定的连续数据流无线下载 除多媒体手机设计外 OneNAND肯定是混合硬盘用非易失性缓冲器一个有价值的选择 目前 采用60nm工艺技术的芯片可提供高达2Gb的存储容量 并且在今年晚些时候 将可能出现采用50nm工艺技术容量达4Gb的芯片 总之 NOR闪存适合代码存储 就是说 固件 器件应用等 而NAND闪存处理存储量大的类似于硬盘驱动的例行工作 OneNAND闪存两个优点都具备 它能胜任代码和海量数据存储 同时效率更高 三星公司发布了采用30nm制程技术制作的8Gb密度OneNAND闪存产品 OneNAND闪存是三星力推的一种新型闪存芯片 这种芯片内部集成了SLCNAND闪存 NOR闪存接口界面以及高速SRAM读写缓冲 可以融合NAND闪存和NOR闪存的优势 这款新产品的读取速度可达70MB s 这种闪存非常适合智能手机和消费电子设备使用 4 4存储卡接口电路设计 1 SD卡 SD卡 SecureDigitalMemoryCard 是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备 由日本松下 东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制 大小犹如一张邮票的SD记忆卡 却拥有高记忆容量 快速数据传输率 极大的移动灵活性以及很好的安全性 SD卡在24mm 32mm 2 1mm的体积内结合了SanDisk快闪记忆卡控制与MLC MultilevelCell 技术 Toshiba 东芝 0 16及0 13的NAND技术 通过9针的接口界面与专门的驱动器相连接 不需要额外的电源来保持其记忆的信息 而且它是一体化固体介质 没有任何移动部分 所以不用担心机械运动的损坏 2 MiniSD卡 MiniSD卡比目前主流的普通SD卡 如DC或DV上使用的SD卡 在外形上更加小巧 重量仅有3克左右 体积只有21 5mm 20mm 1 4mm 比普通SD卡节省了60 的空间 可以让数码设备的体积节约40 空间 就能生产出更小的手机 DV等数码产品 在存储容量上 MiniSD卡也丝毫不差 从32MB到8GB各种规格一应俱全 甚至几GB都有 MiniSD由松下和SanDisk共同开发 只有普通SD卡37 的大小 但是却拥有与其一样的读写效能与大容量 并与标准SD卡完全兼容 通过SD转接卡还可当作一般SD卡使用 3 mircosd卡 mircosd卡 也叫TF卡 它同样和MINISD卡一样是SD卡衍生出来的产品 同样可以通过扩展槽变回SD卡使用mircoSD卡 原名T FLASH卡 11mmx15mmx1mm的体积 只有小姆手指甲般大小 是目前市面上体积最小的手机闪存卡 兼具嵌入式快闪闪存卡体积小 节省空间的优点 又具备可移除式快闪闪存卡的灵活特性 既为使用者提供超大储存量 更替制造商节省空间 完全不影响手机外型与体积 并附有SD转接卡 兼容于任何SD卡片阅读机 使小型电子产品有了无限的设计和发展空间 最高传输速度可达12 5MB 秒 引脚数为 8Pin 容量一般在512MB或以上 主要用于扩展MOTOROLA等品牌的手机的内存容量 4 SDHC卡 SDHC是 HighCapacitySDMemoryCard 的缩写 即 高容量SD存储卡 2006年5月SD协会发布了最新版的SD2 0的系统规范 在其中规定SDHC是符合新的规范 且容量大于2GB小于等于32GB的SD卡 SDHC最大的特点就是高容量 2GB 32GB 另外 SD协会规定SDHC必须采用FAT32文件系统 这是因为之前在SD卡中使用的FAT16文件系统所支持的最大容量为2GB 并不能满足SDHC的要求 作为SD卡的继任者 SDHC主要特征在于文件各式从以前的FAT12 FAT16提升到了FAT32 而且最高支持32GB 同时传输速度被重新定义为Class2 2MB sec Class4 4MB sec Class6 6MB sec 等级别 高速的SD卡可以支持高分辨视频录制的实时存储 SDHC卡的外形尺寸32 24 2 1mm 长 宽 高 与目前的SD卡一样 著作权保护机能等也和以前相同 但是由于文件系统被变更 以前只支持FAT12 16格式的SD设备存在不兼容现象 而现在也支持FAT32 SDHC 的机器 这可以读取现存的FAT12 16格式的SD卡 5 sdxc卡 SDXC存储卡是SD协会于2009年4月定义的下一代SD存储卡标准 为满足大容量存储媒体的不断增长的需求 为丰富的存储应用提供更快的数据传输速率 新SDXC存储卡标准和提供4GB到32GB容量的SDHC存储卡标准相比 其所实现的容量可超越32GB 最大可达2TB TB terabyte 万亿字节 1TB 1024GB SDXC不但拥有超大的容量 而且其数据传输速度也不俗 据介绍 其最大的传输速度预期能够达到300MB s 拥有超大容量的存储卡 那么以后用NDS烧录卡或者是用记忆棒马甲再或者其他方面的朋友就可随意往里面丢任何东西了 不过其数据安全性能如何暂时未清楚 6 sdxc二代卡 和第一代SDXC标准一样 SD4 0规范中的容量上限仍为2TB 支持FAT FAT32和exFAT文件系统 新版本主要在速度上进行改善 应用LVDS低压差分信号传输技术 将读写速度上限从之前的104MB s 提升到300MB s 真正达到SDXC当时宣布的理论极限 为实现这一目的 SD4 0将对卡片结构进行较大规模的改动 增加接口金手指数量 变并行传输为串行传输 并支持128bit加密 当然 保持向下兼容性仍是SD卡协会的主要关注点 新增的接口针脚并不会影响SD4 0和旧版SD SDHC SDXC卡 读卡器的兼容性 除了在数码设备中应用外 SD协会还有更高的目标 在升级到4 0版本后 SD标准有望直接成为手机等掌上设备的内部数据传输总线 这也是他们急于引入串行传输 提升速度的主要考虑 SD卡结构 1 SD卡引脚定义SD卡一般有两种模式 一种是SD模式 另一种是SPI模式 SDIO接口由4个数据信号 DAT0 3 1个时钟信号 CLK 和1个指令信号 CMD 组成 数据和指令信号是双向的 而时钟信号则是单向的 通常 存储卡连接器上还有机械写保护 WP 和存储卡检测 CD 开关 而这些WP信号和CD信号会被返回处理器以实施一些控制功能 如为板上的某些部位上电 为避免数据信号和指令行的浮动 必须在VDD前安装上拉电阻器 存储卡接口电路设计 SD卡的DAT0 DAT3 CLK 时钟线 和CMD 命令线 分别连接到S3C2440A的GPE7 GPE10 GPE5和GPE4引脚 SD卡支持单线和4线读 写 前者通过DAT0进行数据串行传输 DAT1作为中断口 最高传输速率25Mbps 后者通过DAT0 DAT3分别进行串行数据传输 最高传输速率100Mbps S 电源供电 I 输入O 输出I O 双向PP I O使用推挽驱动 CLK 每个时钟周期传输一个命令或数据位 频率可在0 25MHz之间变化 SD卡的总线管理器可以不受任何限制的自由产生0 25MHz的频率 CMD 命令从该CMD线上串行传输 一个命令是一次主机到从卡操作的开始 命令可以以单机寻址 寻址命令 或呼叫所有卡 广播命令 方式发送 回复从该CMD线上串行传输 一个命令是对之前命令的回答 回复可以来自单机或所有卡 DAT0 3 数据可以从卡传向主机或副versa 数据通过数据线传输 3 4铁电存储器 F RAM 电路设计 铁电存储技术早在1921年提出 直到1993年美国Ramtron国际公司成功开发出第一个4k位的铁电存储器F RAM产品 随着F RAM技术的不断发展 从早期的2T 2C 到1T 1C存储结构 再到现在采用创新的COP Capacitor Over Plug 技术的130nm工艺 克服了存储密度的限制 推出了最小的商用F RAM单元 仅0 71mm2 的4MBF RAM存储器 铁电融合了RAM和ROM的技术和功能 在这两类存储类型间搭起了一座跨越沟壑的桥梁 一种真正非易失性的RAM F RAM的存储单元主要由电容 不是普通电容 而是指在它的两个电极板中间沉淀的一层晶态的铁电晶体薄膜 和场效应管构成 前期的F RAM的每个存储单元使用两个场效应管和两个电容 称为 双管双容 2T2C 每个存储单元包括数据位和各自的参考位 如图所示 F RAM存储器的 双管双容 2T2C 结构 F RAM存储器的 单管单容 1T1C 结构 原理 F RAM保存数据不是通过电容上的电荷 而是由存储单元电容中铁电晶体的中心原子位置进行记录 直接对中心原子的位置进行检测是不能实现的 实际的读操作过程是 实际的读操作过程 在存储单元电容上施加一个已知电场 即对电容充电 如果原来晶体的中心原子的位置与所施加的电场方向使中心原子要达到的位置相同 则中心原子不会