基于ClearNAND闪存的系统设计改进方案

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。

　　电子数据映像

　　增强型ClearNAND支持电子数据映像，这允许通过电子方式将数据总线信号顺序重映射为两种配置之一。这个功能对于PCB正反两面都安装ClearNAND闪存的高密度设计非常有用。利用一个特殊的初始化或复位序列，ClearNAND封装能够以电子方式检测闪存是安装在PCB的正面还是背面。例如，通常的做法是在上电后向闪存发送一个复位或FFh指令。为完成电子DQ映像，在执行完FFh指令后，主处理器必须接着执行传统的READ STATUS（70h）指令。安装在PCB正面的闪存检测到FFh-70h命令序列；而安装在PCB背面的闪存则检测到FFh-0Eh命令序列，并向主处理器确认这是背面闪存封装，然后重新将数据总线直接排在正面闪存的后面，这不仅可以改善PCB的布线，还能提高信号完整性。

　　Ready/Busy#被重新定义为中断

　　增强型ClearNAND闪存将现有的ready/busy#引脚重新定义为一个中断引脚。如图6所示，interrupt#信号仍是开漏信号，当ClearNAND卷或裸片就绪时，它提供一个实时中断信号。设计人员可以利用这个中断信号向主处理器或SSD控制器提供闪存实时状态。在一条总线上支持多个ClearNAND封装的大型配置中，interrupt#信号线可以连接在一起。当检测到一个中断信号时，主处理器或SSD控制器只要询问每个ClearNAND 封装或卷，即可知道是哪个卷发送的新状态信息。这个中断功能可节省主处理器或SSD控制器上的信号数量，同时提高SSD控制器对状态更新的响应能力。


内部回写

　　内部回写功能又称为内部数据迁移（internal data move），是增强型ClearNAND 闪存最引人注目的特性之一。闪存的损耗均衡或碎片清理操作是指整理不同的NAND闪存页面和区块内的数据碎片，并将其合并成新的区块或区块序列，这个功能类似老式硬盘的磁盘碎片整理工具。对于这类操作，回写功能可为SSD系统提供巨大的优势。

　　再来看图2，当使用标准NAND闪存时，将数据碎片从一个区块转移到另一个区块通常需要执行下列操作：

　　SSD控制器发布一个READ指令和源地址以访问数据源页；SSD控制器从NAND闪存读取数据，同时执行运算和必要的ECC纠错操作，然后实现数据或元数据的更新操作；SSD控制器计算并加入新的ECC信息，然后发布新的PROGRAM指令、目的地址和数据序列，该操作将把数据保存到新的NAND闪存区块内。

在这个连续的操作过程中，当数据从源地址移到目的地址时，总线处于被占用状态，这个操作过程需要很长时间。假设一个8K的存储页，工作在200MT/s的ONFI 2.2同步总线需要大约 41μs来移动数据。因为数据必须移出再移进闪存，所以需要两倍的时间即82μs，但这个时间不包含ECC所花费的时间。在执行这个序列的过程中，ONFI闪存总线始终处