[發明專利]一種多通道NandFlash控制器及其控制方法

有效

• 申請號: 201410034956.3
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN103778013B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 曹麗劍;房亮;吳少俊;曹素芝;閆蕾;宮永生
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間應用工程與技術中心
• 主分類號: G06F9/48
• 分類號: G06F9/48
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司11212
• 代理人: 楊立

技術領域

本發明涉及閃存技術領域，尤其涉及一種多通道Nand?Flash控制器及其控制方法。

背景技術

NAND?Flash是一種塊頁式結構的非易失性存儲器，其存儲空間由若干存儲塊（Block）組成，每個存儲塊由若干存儲頁（Page）組成。存儲頁可以分為兩個存儲區，較大的是數據區，用于存放數據，較小的是spare區，通常用于存放ECC校驗碼等信息。以Micron公司的32Gb閃存芯片MT29F32G08ABCAB為例，數據的組織單位為LUN，每個LUN包括兩個Plane，每個Plane包含2048個block，每個block包含128個page，每個page包含8kB的數據區和448B的spare區。

NAND?Flash結構能提供極高的單元密度，可以達到很高的存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應用NAND?Flash的困難在于Flash的管理和使用需要特殊的系統接口。

Nand?Flash的操作具有以下特點:

1）存儲結構為塊頁式，存儲空間分為多個塊，每個塊分為多個頁；

2）讀操作以頁為單位，可以隨機讀取任意位置的頁；

3）寫操作以頁為單位，需要按照塊中頁的順序寫入。寫過的頁不能重復寫數據，必須先進行擦出操作才能再次寫入；

4）擦除操作以塊為單位；

5）每一個塊的寫和擦除操作有最大次數限制，超過限制后產生壞塊的概率增加，在正常操作時也會有一定概率產生壞塊；

6）讀取的數據有一定概率會產生幾個比特的錯誤，需要設計糾錯碼糾正錯誤。

NAND?Flash的這種特殊的塊狀結構有利于其存儲密度的提高，卻使其不能夠像一般存儲器那樣直接訪問，需設計專用的控制方法。對NAND?Flash的控制一般分為兩個層次：用邏輯實現其底層時序的控制，用軟件實現復雜的算法設計。前者一般稱為NAND?Flash控制器。

NAND?Flash控制器的主要作用包括：

1）實現Nand?Flash接口控制時序，將Nand?Flash指令翻譯成對應的時序；

2）寫入數據時生成ECC校驗數據和讀取數據進行校驗和糾錯功能；

3）為軟件提供簡單的控制接口，

4）實現流水線操作和數據的DMA傳輸以提高性能；

現有的Nand?Flash控制器的結構一般包括核心狀態機、數據緩存、Ecc生成與校驗模塊和IO時序電路模塊；其中，核心狀態機解析外部指令，并控制內部各個模塊協調工作；數據緩存用于存儲從Nand?Flash中讀取或準備寫入Nand?Flash的數據；ECC生成與校驗模塊用于在寫入數據時生成ECC校驗碼，并寫入Nand?Flash，在讀取數據時校驗讀取的ECC碼；IO實現電力用于產生滿足Nand?Flash接口時序要求的各個引腳信號。

現有技術中Nand?Flash芯片的組織方式包括一下三種形式：

1.采用N片并行的方式組織Nand?Flash（即各Nand?Flash芯片的控制線和片選信號公用，數據線各自獨立），這種組織方式，其存在以下缺點：

1）所用控制器的邏輯復雜度與控制單片Nand?Flash的相同，但數據位寬度需要增加N倍；

2）控制器的IO引腳占用非常多；

3）需要大量緩存，其需求量是單片Nand?Flash的N倍；

4）最小讀寫單元是單片的N倍，對于讀寫小數據效率極低；

5）無法減少NF接口讀寫擦指令中的等待時間。

2.采用M級流水的方式組織Nand?Flash（即各Nand?Flash芯片的控制線和數據線公用，片選信號各自獨立），這種方式在順序讀、寫數據時能夠提高性能，但是在讀寫擦指令隨機順序請求時，控制器則無法實現流水操作。

3.采用N級并行M級流水方式組織Nand?Flash，這種組織方式是上述兩種情況的簡單組合，上述兩種方式的優缺點在這種組合方式中也都存在。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種多通道Nand?Flash控制器及控制方法，其解決現有技術無法處理指令隨機請求的情況，減少控制器占用緩存空間，同時簡化上層控制接口。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種多通道Nand?Flash控制器，包括總線接口模塊、指令接收模塊、指令處理模塊、IO接口時序模塊、數據傳輸模塊；

所述總線接口模塊，其與指令接收模塊或數據傳輸模塊連接，用于實現控制器與外部系統總線的命令及數據交互；