Flash芯片的通信协议,分类和特点

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Flash芯片的通信协议,分类和特点

2023-10-24 16:20| 来源: 网络整理| 查看: 265

Flash 存储器,简称 Flash,它结合了 ROM 和 RAM 的长处,不仅具备电子可擦除可编程的性能,还不会因断电而丢失数据,具有快速读取数据的特点;在现在琳琅满目的电子市场上,Flash 总类可谓繁多,功能各异,而你对它了解有多少呢?

一、IIC EEPROM IIC EEPROM,采用的是 IIC 通信协议;IIC 通信协议具有的特点:简单的两条总线线路,一条串行数据线(SDA),一条串行时钟线(SCL);串行半双工通信模式的 8 位双向数据传输,位速率标准模式下可达 100Kbit/s;一种电可擦除可编程只读存储器,掉电后数据不丢失,由于芯片能够支持单字节擦写,且支持擦除的次数非常之多,一个地址位可重复擦写的理论值为 100 万次,在实际应用中具有着不可替代的作用。日常我们常接触芯片型号有 AT24C02、FM24C02、CAT24C02 等,其常见的封装多为 DIP8,SOP8,TSSOP8 等。

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二、SPI NorFlash SPI NorFlash,采用的是 SPI 通信协议,有 4 线(时钟,两个数据线,片选线)或者 3 线(时钟,两个数据线)通信接口,由于它有两个数据线能实现全双工通信,因此比 IIC 通信协议的 IIC EEPROM 的读写速度上要快很多。SPI NorFlash 具有 NOR 技术 Flash Memory 的特点,即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;可以单字节或单字编程,但不能单字节擦除,必须以 Sector 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 Sector 或整片进行预编程和擦除操作。

NorFlash 在擦写次数上远远达不到 IIC EEPROM,并且由于 NOR 技术 Flash Memory 的擦除和编程速度较慢,块尺寸又较大,因此擦除和编程操作所花费的时间会很长;但 SPI NorFlash 接口简单,使用的引脚少,易于连接,操作方便,并且可以在芯片上直接运行代码,其稳定性出色,传输速率高,在小容量时具有很高的性价比,这使其很适合应于嵌入式系统中作为 FLASH ROM,所以在市场的占用率非常高。

我们通常见到的 S25FL128、MX25L1605、W25Q64 等型号都是 SPI NorFlash,其常见的封装多为 SOP8,SOP16,WSON8,US0N8,QFN8、BGA24 等。

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三、Parallel NorFalsh (CFI Flash) Parallel NorFalsh,也叫做并行 NorFlash,采用的 Parallel 接口通信协议,拥有独立的数据线和地址总线,它同样继承了 NOR 技术 Flash Memory 的所有特点;由于采用了 Parallel 接口,。Parallel NorFalsh 相对于 SPI NorFlash,支持的容量更大,读写的速度更快,但是由于占用的地址线和数据线太多,在电路电子设计上会占用很多资源。Parallel NorFalsh 读写时序类似于 SRAM,只是写的次数较少,速度也慢,由于其读时序类似于 SRAM,读地址也是线性结构,所以多用于不需要经常更改程序代码的数据存储。

我们通常见到的 S29GL128、MX29GL512、SST39VF020 等型号都是 Parallel NorFlash,其常见的封装多为 TSSOP32、TSOP48、BGA64,PLCC32 等。

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四、Parallel NandFlash Parallel NandFlash 同样采用了 Parallel 接口通信协议,NandFlash 在工艺制程方面分有三种类型:SLC、MLC、TLC。NandFlash 技术 Flash Memory 具有以下特点:以页为单位进行读和编程操作,以块为单位进行擦除操作;具有快编程和快擦除的功能,其块擦除时间是 2ms,而 NOR 技术的块擦除时间达到几百 ms;芯片尺寸小,引脚少,是位成本(bit cost)最低的固态存储器;芯片包含有坏块,其数目取决于存储器密度。坏块不会影响有效块的性能,但设计者需要有一套的坏块管理策略!

对比 Parallel NorFalsh,NandFlash 在擦除、读写方面,速度快,使用擦写次数更多,并且它强调更高的性能,更低的成本,更小的体积,更大的容量,更长的使用寿命。这使 NandFlash 很擅于存储纯资料或数据等,在嵌入式系统中用来支持文件系统。其主要用来数据存储,大部分的 U 盘都是使用 NandFlash,当前 NandFlash 在嵌入式产品中应用仍然极为广泛,因此坏块管理、掉电保护等措施就需要依赖 NandFlash 使用厂家通软件进行完善。

我们通常见到的 S34ML01G100、MX30LF2G18AC、MT29F4G08ABADA 等型号都是 Parallel NandFlash,其常见的封装多为 TSOP48、BGA63、BGA107,BGA137 等。

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五、SPI NandFlash SPI NandFlash,采用了 SPI NorFlash 一样的 SPI 的通信协议,在读写的速度上没什么区别,但在存储结构上却采用了与 Parallel NandFlash 相同的结构,所以 SPI nand 相对于 SPI norFlash 具有擦写的次数多,擦写速度快的优势,但是在使用以及使用过程中会同样跟 Parallel NandFlash 一样会出现坏块,因此,也需要做特殊坏块处理才能使用;

SPI NandFlash 相对比 Parallel NandFlash 还有一个重要的特点,那就是芯片自己有内部 ECC 纠错模块,用户无需再使用 ECC 算法计算纠错,用户可以在系统应用当中可以简化代码,简单操作;

我们通常见到的 W25N01GVZEIG、GD5F4GQ4UBYIG、F50L1G41A 等型号都是 SPI NandFlash,其常见的封装多为 QFN8、BGA24 等。

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六、eMMC Flash eMMC 采用统一的 MMC 标准接口,自身集成 MMC Controller,存储单元与 NandFlash 相同。针对 Flash 的特性,eMMC 产品内部已经包含了 Flash 管理技术,包括错误探测和纠正,Flash 平均擦写,坏块管理,掉电保护等技术。MMC 接口速度高达每秒 52MBytes,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 相当于 NandFlash+主控 IC ,对外的接口协议与 SD、TF 卡一样,主要是针对手机或平板电脑等产品的内嵌式存储器标准规格。eMMC 的一个明显优势是在封装中集成了一个控制器,它提供标准接口并管理闪存,使得手机厂商就能专注于产品开发的其它部分,并缩短向市场推出产品的时间。这些特点对于希望通过缩小光刻尺寸和降低成本的 NAND 供应商来说,同样的重要。

eMMC 由一个嵌入式存储解决方案组成,带有 MMC(多媒体卡)接口、快闪存储器设备(Nand Flash)及主控制器,所有都在一个小型的 BGA 封装,最常见的有 BGA153 封装;我们通常见到的 KLMAG8DEDD、THGBMAG8B4JBAIM、EMMC04G-S100 等型号都是 eMMC Flash。eMMCFlash 存储容量大,市场上 32GByte 容量都常见了,其常见的封装多为 BGA153、BGA169、BGA100 等。。

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七、USF2.0 JEDEC 在 2013 年 9 月发布了新一代的通用闪存存储器标准 USF2.0,该标准下得闪存读写速度可以高达每秒 1400MB,这相当于在两秒钟内读写两个 CD 光盘的数据,不仅比 eMMC 有更巨大的优势,而且它甚至能够让电脑上使用的闪存存储介质固态硬盘也相形见绌。UFS 闪存规格采用了新的标准 2.0 接口,它使用的是串行界面,很像 PATA、SATA 的转换,并且它支持全双工运行,可同时读写操作,还支持指令队列。相对之下,eMMC 是半双工,读写必须分开执行,指令也是打包,在速度上就已经是略逊一筹了,而且 UFS 芯片不仅传输速度快,功耗也要比 eMMC5.0 低一半,可以说是日后旗舰手机闪存的理想搭配。目前仅有少数的半导体厂商有提供封装成品,如三星、东芝电子等。

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Flash 因功能不同,使用的领域也各异,它在电子市场上应用极为广泛,需求量极大,每日的需求量可达百万的数量级,工厂要保证生产效率就必须要求所用的编程高稳定、高速度,目前国内 ZLG 致远电子的 SmartPRO 6000F-Plus 是给 Flash 量身定制的一款高效能的 Flash 专烧编程器。



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