Nand-flash存储器工作原理及其操作实例（以K9F1208UOB为例）

　　　NAND Flash不能片内执行，但它具有容量大，改写速度快的优点。且NAND Flash比较廉价，适合用于存放大量数据。但是NAND Flash比较容易出现位反转问题，在使用中一般需要进行ECC数据校验。　

flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件执行擦除操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0.由于擦除NOR器件时是以64~128KB的块进行的，执行一个写入/擦除操作的时间为5s，与此相反，擦除NAND器件是以8~32KB的块进行的，执行相同的操作最多只需要4ms.
NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NORflash技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了NANDflash结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。但是经过了十多年之后，仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR和NAND闪存。NOR的特点是芯片内执行（XIP，eXecuteInPlace），这样应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高，在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。

　　flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件执行擦除操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0.由于擦除NOR器件时是以64~128KB的块进行的，执行一个写入/擦除操作的时间为5s，与此相反，擦除NAND器件是以8~32KB的块进行的，执行相同的操作最多只需要4ms.

　　本文以三星公司的K9F1208UOB芯片为例，介绍Nand-flash存储器芯片的读写流程和时序。

　　1 Nand-Flash存储器的工作原理

　　1.1 Nand-Flash存储器的组成结构及指令集

　　K9F1208UOB的容量为64Mb，存储空间按128K个页（行）、每页中528个字节（列）的组成方式构成。备用的16列，位于列地址的512-527.K9F1208UOB还将存储空间分为块（block），每1块由32个页构成。因此K9F1208UOB中一共有4096个块。这种"块-页"结构，恰好能满足文件系统中划分簇和扇区的结构要求。K9F1208UOB的内部结构如图1所示。

　　图1 K9F1208UOB的内部结构

　　K9F1208UOB的读和写都以页为单位，擦除则以块为单位进行操作。

　　NANDFlash的数据是以bit的方式保存在memorycell，一般来说，一个cell中只能存储一个bit.这些cell以8个或者16个为单位，连成bitline，形成所谓的byte（x8）/word（x16），这就是NANDDevice的位宽。这些Line会再组成Page，（NANDFlash有多种结构，我使用的NANDFlash是K9F1208，下面内容针对三星的K9F1208U0M），每页528Bytes（512byte（MainArea）+16byte（SpareArea）），每32个page形成一个Block（32*528B）。具体一片flash上有多少个Block视需要所定。我所使用的三星k9f1208U0M具有4096个block，故总容量为4096*（32*528B）=66MB，但是其中的2MB是用来保存ECC校验码等额外数据的，故实际中可使用的为64MB.

　　1.2 Nand-Flash操作

　　1.2.1 页读操作

　　在初始上电时，器件进入缺省的"读方式1模式"。在这一模式下，页读操作通过将00h指令写入指令寄存器，接着写入3个地址（1个列地址，2个行地址）来启动。一旦页读指令被器件锁存，下面的页读操作就不需要再重复写入指令了。

　　写入指令和地址后，处理器可以通过对信号线R/B的分析来判断该操作是否完成。如果信号为低电平，表示器件正"忙";为高电平，说明器件内部操作完成，要读取的数据被送入了数据寄存器。外部控制器可以在以50ns为周期的连续RE脉冲信号的控制下，从I/O口依次读出数据。连续页读操作中，输出的数据是从指定的列地址开始，直到该页的最后-个列地址的数据为止。

　　1.2.2 页写操作

　　K9F1208UOB的写入操作也以页为单位。写入必须在擦除之后，否则写入将出错。

　　页写入周期总共包括3个步骤：写入串行数据输入指令（80h），然后写入3个字节的地址信息，最后串行写入数据。串行写入的数据最多为528字节，它们首先被写入器件内的页寄存器，接着器件进入一个内部写入过程，将数据从页寄存器写入存储宏单元。

串行数据写入完成后，需要写入"页写入确认"指令10h，这条指