新型大容量閃存芯片－K9K2GXXU0M

關(guān)鍵詞：閃存；Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ；大容量 Flash

閃存（ＦＬＡＳＨ ＭＥＭＯＲＹ閃爍存儲器）是一種可以進行電擦寫，并在掉電后信息不丟失的存儲器，同時該存儲器還具有不揮發(fā)、功耗低、擦寫速度快等特點，因而可廣泛應(yīng)用于外部存儲領(lǐng)域，如個人計算機和ＭＰ３、數(shù)碼照相機等。但隨著閃存應(yīng)用的逐漸廣泛，對閃存芯片容量的要求也越來越高，原來３２Ｍ、６４Ｍ的單片容量已經(jīng)不能再滿足人們的要求了。而 Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＸ０Ｍ的出現(xiàn)則恰好彌補了這一不足。Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＸ０Ｍ是三星公司開發(fā)的目前單片容量最大的閃存芯片，它的單片容量高達２５６Ｍ，同時還提供有８Ｍ額外容量。該閃存芯片是通過與非單元結(jié)構(gòu)來增大容量的。芯片容量的提高并沒有削弱Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＸ０Ｍ的功能，它可以在４００μｓ內(nèi)完成一頁２１１２個字節(jié)的編程操作，還可以在２ｍｓ內(nèi)完成１２８ｋ 字節(jié)的擦除操作，同時數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)能以５０ｎｓ／ｂｙｔｅ的速度讀出。

Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ大容量閃存芯片的Ｉ／Ｏ口既可以作為地址的輸入端，也可以作為數(shù)據(jù)的輸入／輸出端，同時還可以作為指令的輸入端。芯片上的寫控制器能自動控制所有編程和擦除操作，包括提供必要的重復(fù)脈沖、內(nèi)部確認(rèn)和數(shù)據(jù)空間等。

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Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ的主要特點如下：

●采用３．３Ｖ電源；

●芯片內(nèi)部的存儲單元陣列為（２５６Ｍ＋８．１９２Ｍ）ｂｉｔ８ｂｉｔ，數(shù)據(jù)寄存器和緩沖存儲器均為（２ｋ＋６４）ｂｉｔ８ｂｉｔ；

●具有指令／地址／數(shù)據(jù)復(fù)用的Ｉ／Ｏ口；

●在電源轉(zhuǎn)換過程中，其編程和擦除指令均可暫停；

●由于采用可靠的ＣＭＯＳ移動門技術(shù)，使得芯片最大可實現(xiàn)１００ｋＢ編程／擦除循環(huán)，該技術(shù)可以保證數(shù)據(jù)保存１０年而不丟失。

表１所列是Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ閃存芯片的編程和擦除特性參數(shù)。表中的ｔＣＢＳＹ的最長時間取決于內(nèi)部編程完成和數(shù)據(jù)存入之間的間隔。

表1 K9K2GXXU0M的編程和擦除特性

２　Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ的管腳說明

Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ有４８個引腳，其引腳排列如圖１所示。具體功能如下：

Ｉ／Ｏ０～Ｉ／Ｏ７：數(shù)據(jù)輸入輸出口，Ｉ／Ｏ口常用于指令和地址的輸入以及數(shù)據(jù)的輸入／輸出，其中數(shù)據(jù)在讀的過程中輸入。當(dāng)芯片沒有被選中或不能輸出時，Ｉ／Ｏ口處于高阻態(tài)。

ＣＬＥ：指令鎖存端，用于激活指令到指令寄存器的路徑，并在ＷＥ上升沿且ＣＬＥ為高電平時將指令鎖存。

ＡＬＥ：地址鎖存端?用于激活地址到內(nèi)部地址寄存器的路徑，并在ＷＥ上升沿且ＡＬＥ為高電平時，地址鎖存。

ＣＥ：片選端?用于控制設(shè)備的選擇。當(dāng)設(shè)備忙時?ＣＥ為高電平而被忽略，此時設(shè)備不能回到備用狀態(tài)。

ＲＥ：讀使能端，用于控制數(shù)據(jù)的連續(xù)輸出，并將數(shù)據(jù)送到Ｉ／Ｏ總線。只有在ＲＥ的下降沿時，輸出數(shù)據(jù)才有效，同時，它還可以對內(nèi)部數(shù)據(jù)地址進行累加。

ＷＥ：寫使能控制端，用于控制Ｉ／Ｏ口的指令寫入，同時，通過該端口可以在ＷＥ脈沖的上升沿將指令、地址和數(shù)據(jù)進行鎖存。

ＷＰ：寫保護端，通過ＷＰ端可在電源變換中進行寫保護。當(dāng)ＷＰ為低電平時，其內(nèi)部高電平發(fā)生器將復(fù)位。

圖3 編程操作時序圖

Ｒ／ Ｂ：就緒／忙輸出，Ｒ／ Ｂ的輸出能夠顯示設(shè)備的操作狀態(tài)。Ｒ／ Ｂ處于低電平時，表示有編程、擦除或隨機讀操作正在進行。操作完成后，Ｒ／ Ｂ會自動返回高電平。由于該端是漏極開路輸出，所以即使當(dāng)芯片沒有被選中或輸出被禁止時，它也不會處于高阻態(tài)。

ＰＲＥ：通電讀操作，用于控制通電時的自動讀操作，ＰＲＥ端接到ＶＣＣ可實現(xiàn)通電自動讀操作。

● ＶＣＣ：芯片電源端。

● ＶＳＳ：芯片接地端。

● ＮＣ：懸空。

３　Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ的壞塊

閃存同其它固體存儲器一樣都會產(chǎn)生壞塊。壞塊是包含一位或多位無效位的塊。在Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ中壞塊并不影響正常部分的工作，這是因為在Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ中，各塊之間是隔離的。壞塊均可以通過地址的布置系統(tǒng)找到，而在Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ中地址為００ｈ的第一塊一定應(yīng)當(dāng)是正常的。壞塊在大多數(shù)情況下也是可擦寫的，并且一旦被擦掉就不可能恢復(fù)。因此，系統(tǒng)必須能根據(jù)壞塊信息來識別壞塊，并通過流程圖建立壞塊信息表，以防止壞塊信息被擦除。

在閃存的使用中，可能會產(chǎn)生新的壞塊，從而使正常工作出現(xiàn)一些錯誤。在擦除和編程操作后，如果出現(xiàn)讀失敗，應(yīng)當(dāng)進行塊置換。塊置換是由容量為一頁的緩沖器來執(zhí)行的，可以通過發(fā)現(xiàn)一個可擦的空塊和重新對當(dāng)前數(shù)據(jù)對象進行編程來復(fù)制塊中的剩余部分。為了提高存儲空間的使用效率，當(dāng)由單個字節(jié)錯誤而引起的讀或確認(rèn)錯誤時，應(yīng)由ＥＣＣ收回而不要進行任何塊置換。

４ Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ的工作狀態(tài)

４．１ 按頁讀操作

Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ的默認(rèn)狀態(tài)為讀狀態(tài)。讀操作是以通過４個地址周期將００ｈ地址寫到指令寄存器為開始指令，一旦該指令被鎖存，就不能在下頁中寫入讀操作了。

當(dāng)?shù)刂纷兓瘯r，隨機讀操作可以將選定頁中的２１１２字節(jié)數(shù)據(jù)在２５μｓ內(nèi)存入數(shù)據(jù)寄存器中。系統(tǒng)可以通過分析Ｒ／ Ｂ腳的輸出來判斷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移是否完成。而存入數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)可以很快地被讀出，如一頁的數(shù)據(jù)通過連續(xù)的ＲＥ脈沖可以在５０ｎｓ內(nèi)讀出。

可以通過寫入隨機數(shù)據(jù)輸出指令來從一頁中隨機地輸出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)地址可以從將要輸出的數(shù)據(jù)地址中通過隨機輸出指令自動找到下一個地址。隨機數(shù)據(jù)輸出操作可以多次使用。圖２給出了讀操作的時序圖。

４．２ 頁編程

Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ的編程是按頁進行的，但它在單頁編程周期中支持多個部分頁編程，而部分頁的連續(xù)字節(jié)數(shù)為２１１２。寫入頁編程確認(rèn)指令（１０ｈ）即可開始編程操作，但寫入指令（１０ｈ）前還必須輸入連續(xù)數(shù)據(jù)。

連續(xù)裝載數(shù)據(jù)在寫入連續(xù)數(shù)據(jù)輸入指令（８０ｈ）后，將開始４個周期的地址輸入和數(shù)據(jù)裝載，而字卻不同于編程的數(shù)據(jù)，它不需要裝載。芯片支持在頁中隨機輸入數(shù)據(jù)，并可根據(jù)隨機數(shù)據(jù)輸入指令（８５ｈ）自動變換地址。隨機數(shù)據(jù)輸入也可以多次使用。圖３為其編程操作時序圖。

４．３ 緩存編程

緩存編程是頁編程的一種，可以由２１１２字節(jié)的數(shù)據(jù)寄存器執(zhí)行，并只在一個塊中有效。因為Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ有一頁緩存，所以當(dāng)數(shù)據(jù)寄存器被編入記憶單元中時它便可以執(zhí)行連續(xù)數(shù)據(jù)輸入。緩存編程只有在未完成的編程周期結(jié)束且數(shù)據(jù)寄存器從緩存中傳數(shù)后才能開始。通過Ｒ／ Ｂ腳可以判斷內(nèi)部編程是否完成。如果系統(tǒng)只用Ｒ／ Ｂ來監(jiān)控程序的進程，那么，最后一頁目標(biāo)程序的次序則必須由當(dāng)前頁編程指令來安排。如果由緩存編程指令來安排，狀態(tài)位必須在最后一個程序執(zhí)行完和下一個操作開始前確定。圖４為緩存編程操作時序圖。

圖4 緩存編程時序圖

４．４ 存儲單元復(fù)錄

該功能可以快速有效地改寫一頁中的數(shù)據(jù)而不需要訪問外部存儲器。因為消耗在連續(xù)訪問和重新裝載上的時間被縮短，因而系統(tǒng)的執(zhí)行能力會提高。尤其當(dāng)塊的一部分被升級而剩下的部分需要復(fù)制到新的塊中去時，它的優(yōu)勢就明顯顯示出來了。該操作是一個連續(xù)執(zhí)行的讀指令，但不用連續(xù)地到目的地址訪問和復(fù)制程序。一個原始頁地址指令為“３５ｈ＂的讀操作，就可以把整個２１１２字節(jié)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到內(nèi)部數(shù)據(jù)緩沖器中。當(dāng)芯片返回就緒狀態(tài)時，帶有目的地址循環(huán)的頁復(fù)制數(shù)據(jù)輸入指令就會寫入。而該操作中的錯誤程序會由“通過／失敗”狀態(tài)給出。但是，如果該操作的運行時間過長，將會由于數(shù)據(jù)丟失而引起位操作錯誤，從而導(dǎo)致外部錯誤“檢查／糾正”設(shè)備檢查失效。由于這個原因，該操作應(yīng)使用兩位錯誤糾正。圖５給出了存儲單元復(fù)錄操作的時序圖。

４．５ 塊擦除

Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ的擦除操作是以塊為基礎(chǔ)進行的。塊地址裝載將從一個塊擦除指令開始，并在兩個循環(huán)內(nèi)完成。實際上，當(dāng)?shù)刂肪€Ａ１２～Ａ１７懸空時，只有地址線Ａ１８～Ａ２８可用。裝入擦除確認(rèn)指令和塊地址即可開始擦除。該操作必須按此順序進行，以免存儲器中的內(nèi)容受到外部噪聲的影響而出現(xiàn)擦除錯誤。圖６為塊擦除操作的時序圖。

４．６ 讀狀態(tài)

Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ內(nèi)的狀態(tài)寄存器可以確認(rèn)編程和擦除操作是否成功完成。在寫入指令（７０ｈ）到指令寄存器后，讀循環(huán)會把狀態(tài)寄存器的內(nèi)容在ＣＥ或ＲＥ的下降沿輸出到Ｉ／Ｏ。而在新的指令到達前，指令寄存器將保持讀狀態(tài)，因此如果狀態(tài)寄存器在一個隨機讀循環(huán)中處于讀狀態(tài)，那么在讀循環(huán)開始前應(yīng)給出一個讀指令。

圖5和圖6

５　結(jié)束語

由于閃存具有非易失性、可電擦寫、掉電后數(shù)據(jù)不丟失等特點，所以得到越來越廣泛的應(yīng)用。同時隨著閃存使用的廣泛，對它容量的要求也越來越高。而Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ的出現(xiàn)則填補了大容量閃存芯片的空白。Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ除具有容量大的優(yōu)點外，也可以在４００μｓ內(nèi)完成一頁２１１２ｂｙｔｅ的編程操作，并可在２ｍｓ內(nèi)完成１２８ｋ ｂｙｔｅ的擦除操作，因此Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ是目前外部存儲的領(lǐng)域的一種非常好的存儲芯片。