基于DDR NAND闪存的高性能嵌入式接口设计

摘要：介绍了一种最新DDR NAND闪存技术，它突破了传统NAND Flash 50 MHz的读写频率限制，提供更好的读写速度，以适应高清播放和高清监控等高存储要求的应用。分析该新型闪存软硬件接口的设计方法。
关键词：DDR NAND；NAND Flash；1080P；嵌入式接口

随着Android手持多媒体电子消费产品的风行，高画质监控系统的普及，1080P全高清支持已成为各种多媒体设备未来占领市场的必备武器，目前许多产品对1080P实时解码已突破并实现，但在1080P实时编码方面还是寥寥无几，其中一个重要因素是带宽太大，当今流行的嵌入式存储设备NAND Flash已以达到要求。在此情况下，存储器生产商开发出新一代闪存设备DDR NAND。

1 DDR NAND闪存的特性
与传统的48脚NAND Flash引脚定义不同，DDRNAND闪存不再分别划分读时钟(RE#)和写时钟(WE#)，而是将读写合为1个时钟，即CLK，而用W／R引脚的高低来区分这次是读操作还是写操作，如图1所示。数据I／O接口也改为正负双沿采集的DQ数据线。如图1中DDR NAND闪存部分所示，各引脚功能说明如下：
CE1#～CE4#：片选信号，低为使能。一个48脚的物理NAND Flash片子最多能同时包含(封装)4个NAND Flash。
CLE：命令锁存使能信号，高为使能。
ALE：地址锁存使能信号，高为使能
CLK：时钟信号。
W／R#：区分读写操作信号，高为写，低为读。
DQ0～DQ7：数据／地址／命令复用数据线。
R／B1#～R／B4#：NAND状态信号线。
VCC，VCCQ：接电源。
VSS，VSSQ：接地。
R：无定义。

2 对DDR NAND闪存的软件驱动操作
DDR NAND与普通NAND Flash一样，遵从ONFI协议的命令集合，如表1所示。其中，O／M项为M的必选，为O的可选，也就是说标有M的命令所有NAND Flash都支持，而标有O的命令则为部分支持部分不支持。

下面分别以NAND Flash最重要最为常用的驱动接口：读，写，擦为例，分别说明DDR NAND的操作流程。
2．1 读操作
DDR NAND的读操作和写操作一般都是以页为单位操作的，与传统的NAND Flash一样，它允许在1个页读写周期内读取1 Byte到data区与spare区大小之和这么多字节。读取数据过程为：(1)先向DDRNAND发送读命令00h。(2)然后接着发送需要读取的DDR NAND的位置row地址和column地址。(3)接着发送读确认命令30 Hz，DDR NAND收到这个命令后会拉低RB信号线，然后开始工作，将相应的一页数据读取到DDR NAND里的页缓冲，读完后把RB信号线拉高，产生一个RB中断。(4)主控程序接收到RB中断后，发送同步时钟准备信号，即CLE和ALE同时产生一个cycle。(5)接着就可以发送读数据的clock cycle，每发送一个clock cycle就会在DDR NAND的页缓冲FIFO中送出2 Byte数据，上升沿一个，下降沿一个，因为DDR NAND是双沿采数的，同时DDR NAND也会控制DQS信号线与data同步。(6)主控程序发送完读数据的clock，读操作结
束。如图2所示。

2．2 写操作
在DDR NAND中，写操作也叫编程。写操作的单位也是页，它的操作过程如下：(1)先向DDRNAND发送写命令80 Hz。(2)然后接着发送需要写入的DDR NAND的位置row地址和column地址。(3)发送同步时钟准备信号，即CLE和ALE同时产生一个cycle。(4)接着就可以发送读数据，发送数据是根据clock产生DQS信号，在DQS信号上下沿分别发送数据到DDR NAND。(5)发完一个page的数据后，接着发送写确认命令10 Hz，DDR NAND收到这个命令后会拉低RB信号线，然后开始工作，将相应的一页数据从DDR NAND里的页缓冲中正式编程到DDR NAND中，待编程完毕后把RB信号线拉高，产生一个RB中断，如图3所示，此时写操作已完成。

2．3 擦除操作
DDR NAND的擦除操作单位为block，擦操作比较特殊，它不涉及任何数据，没有用双沿操作的地方，所以它的操作过程和时序跟普通NAND Flash是一样的，操作过程如下：(1)先向DDR NAND发送擦命令60 Hz。(2)接着发送需要擦除的DDR NAND的位置，3 Byte的row地址。(3)发送擦确认命令d0h，DDR NAND收到这个命令后会拉低RB信号线，然后开始工作，待擦除完毕后再把RB信号线拉高，产生一个RB中断，一个block擦除完毕。

3 结束语
从市场方面了解到DDR NAND这种双沿采数的新型NAND Flash有逐步取代原高端16 bit NANDFlash之势，成为新的高端闪存。它具有更高的读写速率，不需要优化代码就能轻松突破存储速度的瓶颈限制。