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NAND脚定义什么是NAND 型 Flash 存储器？

发布时间 : 2024-10-07

作者 : 小编

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什么是NAND 型 Flash 存储器？

前言

NAND Flash 和 NOR Flash是现在市场上两种主要的闪存技术。Intel于1988年首先开发出 NOR Flash 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 NAND Flash 结构,后者的单元电路尺寸几乎只是 NOR 器件的一半,可以在给定的芯片尺寸内提供更高的容量,也就相应地降低了价格。

1.NAND Flash ROM

NAND Flash ROM 应该是目前最热门的存储芯片了。因为我们生活中经常使用的电子产品都会涉及到它。比如你买手机，肯定会考虑64GB，还是256GB？买笔记本是买256GB，还是512GB容量的硬盘呢？（目前电脑大部分采用了基于 NAND Flash 产品的固态硬盘）。

2.NOR Flash ROM

NOR Flash ROM 的特点是以字节为单位随机存取。这样，应用程序可以直接在 Flash ROM 中执行，不必再把程序代码预先读到 RAM 中。NOR Flash ROM 的接口简单，与通常的扩展存储器一样，可以直接连接到处理器的外围总线上。

与 NOR Flash ROM 相比， NAND Flash ROM 以页（行）为单位随机存取,在容量、使用寿命和成本方面有较大优势。但是它的读出速度稍慢,编程较为复杂,因此大多作为数据存储器使用。嵌入式产品中包括数码相机、MP3 随身听记忆卡、体积小巧的U盘等均采用 NAND Flash ROM 。

在存储结构上，NAND Flash 内部采用非线性宏单元模式,全部存储单元被划分为若干个块(类似于硬盘的,一般为8 KB)，这也是擦除操作的基本单位。进而，每个块又分为若干个大小为512 B的页，每页的存储容量与硬盘每个扇区的容量相同。也就是说，每页都有512条位线,每条位线连接一个存储元。此时，要修改 NAND 芯片中一个字节，就必须重写整个数据块。当Flash 存储器的容量不同时，其块数量以及组成块的页的数量都将不同。相应地，地址信息包括了列地址、块地址以及相应的页面地址。这些地址通过8位总线分组传输，需要多个时钟周期。当容量增大时，地址信息增加，那么就需要占用更多的寻址周期，寻址时间也就越长。这导致NAND Flash的地址传输开销大，因此并不适合于频繁、小数据量访问的应用。

相比较而言，NAND 型 Flash 存储器具有更高的存储密度、更快的写人速度、更低的价格以及更好的擦写耐用性等优点，非常适用于大量数据的存储。但由于NAND Flash的接口和操作都相对复杂，位交换操作频繁，因此通常还要采用错误探测/错误纠正(EDC/ECC)算法来保护关键性数据。

例如深圳雷龙有限公司的 CSNP32GCR01-AOW 芯片。

一.免驱动使用。SD NAND内置了针对NAND Flash的坏块管理，平均读写，动态和静态的EDC/ECC等算法。

二.性能更稳定。由于NAND Flash内部是先擦后写机制，如果软件处理不当，在突然掉电的时候就会导致数据丢失。而SD NAND内部自带的垃圾回收等机制可以很好的规避这个问题。因此CS创世的二代产品才会通过10K次的随机掉电测试。

三.尺寸更小。目前SD NAND 是68mm 大小，8个pin脚，相比Raw NAND的1220mm大小，48个pin脚，采用SD NAND可以做出更小巧的产品，而且也能节省CPU宝贵的GPIO口（这点对于MCU单片机来说更是重要）

四.SD NAND可选容量更多。目前有128MB/512MB/4GB容量。而SLC 的Raw NAND 主流容量128MB，512MB已经少见，供货周期也很长；单颗4GB的Raw NAND基本都是MLC或者TLC NAND的晶圆，管理起来更复杂。

不用写驱动程序自带坏块管理的 NAND Flash（贴片式TF卡），尺寸小巧，简单易用，兼容性强，稳定可靠，固件可定制，LGA-8 封装，标准SDIO接口，兼容SPI，兼容拔插式TF卡/SD卡，可替代普通 TF卡/SD 卡，尺寸 6.2x8mm ，内置平均读写算法，通过1万次随机掉电测试耐高低温，机贴手贴都非常方便，速度级别Class10（读取速度 23.5MB/S 写入速度 12.3MB/S ）标准的 SD2.0 协议普通的SD卡可直接驱动，支持TF卡启动的 SOC 都可以用 SD NAND。

SD NAND原理图如下：

以苹果6为例讲解逻辑电路万通学校原创发表万通内部教学资料分享

逻辑（控制）电路简介

逻辑电路以及逻辑控制电路我们以开机电路及I2C总线控制电路为例进行一下简单的介绍，主要的目的是为本文的论点提供一些理论依据。

以图2 iPhone6代开机电路为例我们对整机逻辑部分电路工作原理做一个简单的梳理。逻辑电路的定义：逻辑电路是指完成逻辑运算的电路。这种电路，一般有若干个输入端和一个或几个输出端，当输入信号之间满足某一特定逻辑关系时，电路就开通，有输出；否则，电路就关闭，无输出。逻辑电路是一种离散信号的传递和处理，以二进制为原理、实现数字信号逻辑运算和操作的电路。分组合逻辑电路和时序逻辑电路。前者由最基本的“与门”电路、“或门”电路和“非门”电路组成，其输出值仅依赖于其输入变量的当前值，与输入变量的过去值无关—即不具记忆和存储功能；后者也由上述基本逻辑门电路组成，但存在反馈回路—它的输出值不仅依赖于输入变量的当前值，也依赖于输入变量的过去值。由于只分高、低电平，抗干扰力强，精度和保密性佳。广泛应用于计算机、数字控制、通信、自动化和仪表等方面。

手机逻辑电路的定义：以应用处理器（AP）为核心的所有控制电路都可以称之为逻辑电路。其中当以开机电路最具代表性。

如图2所示，6代的充电管理IC U1401是从主电源内独立出来的；开机电路主要的芯片都有U1401充电管理IC、U1202应用电源管理IC、U0201应用处理器、U0604硬盘这几大件。

J2523电池座1脚、7脚是电池的正极，6脚、8脚是电池的负极，2脚、3脚、5脚、4脚是电池信息检测脚；6代没有NTC，在6代NTC是SWI这个总线代替了，它包含了温度、电池电量、电池其它信息检测；一根线SWI搞定一切，这样做在结构上精简了。温度检测的线路会导致不充电、重启等故障，这样做的好处是电池座接口引脚相对较多可以和电池连接排线非常可靠的接触。电池的电压经过1脚、7脚过来送到U1401 A1...等脚，Q1403这个MOS管是可以拿掉的，拿掉后不会影响开机，也不会影响充电。在U1401内部相当于还有一个MOS管，这个MOS管起到的作用是反极性保护，防止电源接反后烧坏主电源。U1401在电池供电时起到反极性保护的作用，并没有充电的作用。Q1403在这里起到的作用是一个分流的作用，主要是防止U1401发热量过大的问题。如果不装U1401只保留Q1403的话也可以开机但会白苹果，因为在开机时CPU要通过I2C总线来检测U1401如果没有这颗芯片CPU检测不到就会出现开机反复重启的问题；U1401在这里的两大核心任务是反极性保护和充电管理。反极性保护是在电池供电的时候，充电管理是在充电的时候。

电池电压从U1401 A1...等脚输入从A2...等脚输出就产生了主供电PP_VCC_MAIN，这路供电给到主电源（应用电源管理IC）Ｕ1202，经过30个脚送入。应用电源管理IC U1202得到主供电后从L6脚产生待机电压PP1V8_ALWAYS，经过R0314给到开机键连接座J0801这个接口的2脚以及U1202 的D20脚做开机用以及 U0201 Y4脚做关机用，和其它电源键唤醒功能。

图2

按下开机按键D20脚由1.8V变成0V触发开机，并产生各路供电：PP_CPU、PP_GPU、PP1V0、PP1V8_SDRAM、PP1V2_SDRAM、PP1V2、PP1V8、PP_VAR_SOC；PP_CPU为核心供电，PP_GPU这路供电开机不产生，GPU是显卡的意思，这路供电是进系统后产生（进入操作界面），如果是开机到白屏果界面这里的电压是0V；不开机的故障测量这路供电为0V是正常的；PP_GPU这路供电的对地阻值只有85左右，这个电压是在进系统的瞬间为0.2-0.3V，进桌面后这个电压瞬间为0.3V-0.5V左右，静态桌面这个电压为0V，看电影或者打游戏的时候电压为0.7V左右；虽然这个供电为0V但是遇到开机重启这种故障时也要重点检查这路供电的对地阻值，绝对不能为0或者短路；否则就会导致机器重启的问题；PP_VAR_SOC这路是片上系统的供电，也是核心供电，这路供电非常关键，没有CPU没法运行。CPU需要8路供电均正常工作后才能达到其基本的工作条件。

CPU得到8路供电以后，由时钟晶体Y0201产生24MHz主时钟信号，时钟信号是程序运行的节拍，没有时钟机器是没有办法开机的。

应用电源管理IC U1202 R4脚输出一个低电平的复位信号，CPU被复位；

应用处理器AP（CPU）被复位后通过三大总线即地址总线、数据总线、控制总线从硬盘读取数据，运行开机程序，当然在此之前硬盘也必须获得PP1V8 1.8V供电，PP3V0_NAND 3V供电、以及PP1V2_NAND_VDDI这路由硬盘自己产生的1.2V供电，这个电压没有也是无法开机。总的供电是8+2路供电才能正常工作，除了PP_GPU这路供电外，其它供电都必须要有。这时候CPU从硬盘读取数据。开机程序正常运行进行开机。

CPU从AK32脚发出一个

维持电压AP_TO_PMU_KEEPACT给到应用电源管理IC的L7脚来维持电源管理IC的长期运行，如果这条线路出问题会导致机器按开机键可以开机但松手就会关机的故障。

应用电源管理IC U1202的F6脚接的R1316这个是参考电流的一个电阻，不能掉，掉了后会引起不开机的故障。以上我们从供电、时钟、复位、软件、维持等几个方面对开机电路做了一个分析。

图3

如图3所示，是6代的I2C总线框架图总共有三对串行总线，分别是：第一对从应用处理器U0201 AM31脚、AM32脚输出经过R0303、R0302这两个上拉电阻分别接到USB控制U1700、AP电源管理IC U1202、屏供电升压IC U1501以及背光升压IC U1502这4颗芯片上面；第二对从应用处理器U0201 Y30脚、Y31脚输出经过R0305、R0304这两个上拉电阻分别接到振动器控制U1400、充电管理IC U1401、扬声器驱动IC U1601以及指纹连接座J2118这4个设备上面；第三对从应用处理器U0201 AH2脚、AH1脚输出经过R0308、R0306这两个上拉电阻接到J1111相机连接座也就是相机这个设备上面；

I2C（Inter－Integrated Circuit）总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。I2C 总线支持任何IC 生产工艺(CMOS、双极型）。通过串行数据（SDA）线和串行时钟（SCL）线在连接到总线的器件间传递信息。每个器件都有一个唯一的地址识别（无论是微控制器——MCU、LCD 驱动器、存储器或键盘接口），而且都可以作为一个发送器或接收器（由器件的功能决定）。LCD 驱动器只能作为接收器，而存储器则既可以接收又可以发送数据。除了发送器和接收器外，器件在执行数据传输时也可以被看作是主机或从机。主机是初始化总线的数据传输并产生允许传输的时钟信号的器件。此时，任何被寻址的器件都被认为是从机。

对各个节点的寻址是软寻址方式，节省了片选线，标准的寻址字节SLAM为7位，可以寻址127个单元。I2C总线有三种数据传输速度：标准，快速模式和高速模式。标准的是100Kbps，快速模式为400Kbps，高速模式支持快至3.4Mbps的速度。所有的与次之传输速度的模式都是兼容的。I2C总线支持7位和10位地址空间设备和在不同电压下运行的设备。以上两段是百度百科对I2C的定义。

常见的I2C总线故障会导致：开机白苹果、开机白苹果反复重启、手机不开机，刷机报错9、4013等；与码片通讯的I2C总线出问题会导致蓝屏、红屏等故障，不同的机器会导致一些不同的故障。正常测量I2C总线两条线路上面的对地阻值时值是一样的。I2C总线在开机后要进行自检，如果自检不过就会导致不开机，要排除由I2C总线导致的不开机的故障我们大多数情况下需要用排除法进行维修。为什么I2C总线会导致开机白苹果、开机白苹果重启，这里简单的说说自检原理。首先看看开机启动的几个阶段，第一个阶段是底层引导阶段，我们按下按键CPU向电源管理芯片发出维持电压AP_TO_PMU_KEEPACT这个时候底层引导阶段结束进入下个阶段；第二个阶段系统引导阶段，这个时候就牵扯到自检的过程。系统坏也会引起白苹果重启，硬盘坏也会引起白苹果重启，再就是和自检相关的元器件坏也会引起白苹果重启。进入系统引导阶段后CPU要对各个芯片进行自检，当然同时要向这些芯片加载系统文件里面的一些驱动程序，很多芯片要工作是要驱动程序的，没驱动程序是不工作的。这个时候CPU会对各个芯片进行逐个的自检，自检的过程我们就认为是CPU向各个芯片问好的过程，“Are you ok！”被自检的芯片都必须要做出回应“OK”，否则CPU就会反复的进行询问，直到这个芯片回应为止。如果长时间不回应就会执行系统重启程序来排除是否是系统导致的问题，这时就会出现开机白苹果反复重启的现象。芯片长时间不回应如果排除系统的问题，那就是线路连接或者是芯片本体损坏导致的。

I2C总线电路就是典型的逻辑控制电路中其中一个典型的应用电路。“逻辑”指的是思维的规律和规则，是对思维过程的抽象。如果在电路中能具备逻辑能力或者说思维能力的当然就属CPU无疑了。在整个CPU（逻辑）控制电路中，应用了大量总线类的控制技术I2C只是其中一种，我们在这里只是列举，其余电路就不再详细进行分析了。

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