NAND Flash管理算法的設計及實現

O 引言
Flash是一種非易失存儲器，它在掉電條件下仍然能夠長期保持數據。由于它具有容量大、速度快、功耗低、抗震性能好等優點，近幾年在U盤、SD卡、SSD硬盤等各種移動存儲設備中得到了廣泛的應用。本文給出了一款性能優異、成本低廉可用于SD卡的NAND flash控制芯片的設計方法。(本方法也同樣適用于其他存儲設備。文中集中探討了一種高效管理物理塊的算法，包括邏輯物理地址映射以及spare區的定義，另外，還有雙緩沖器優化讀寫的方法等。

1 Flash簡介
1．1 SLC flash與MLC flash的比較
從架構上，flash可以分為SLC(Single-Level-Cell) flash和MLC(Multi-Level-Cell)flash兩種。和SLC Flash相比較，MLC flash的優點是面積小、成本低：缺點是出錯率高，壽命短(SLC的每個block能夠擦寫100，000次，而MLC能夠擦寫10，000次)。由于MLC flash具有成本低的優勢，而其出錯率高的缺陷又可以通過ECC(Error Correction Code)糾錯來有效解決，壽命短的問題也可以通過磨損均衡來彌補，因此，MLC flash的應用更加廣泛，但在一些高端應用仍然會使SLCflash。本設計就是針對MLC flash，但是，本方法對SLC flash也能夠處理。
1．2 NAND flash結構
不同廠商不同型號的flash的結構都大同小異，圖l所示是三星K9G8G08UOA型號的flash結構圖，圖l中的1個flash芯片包含4096個物理塊(block)，每個物理塊含有128個頁(page)，每個頁包含2112(2048+64)字節其中多出的64字節用于存放糾錯碼及其他信息用。

1．3 NAND flash的特點
Flash可支持讀(Read)操作、寫(Program)操作和擦除(Erase)操作。其中讀操作和寫操作的基本單位是頁，擦除操作的基本單位是塊。對flash的寫入操作只能在尚未寫入的空閑頁上進行，并且只能按照從低地址頁到高地址頁的順序進行操作，而不能寫了高地址頁之后，再寫低地址頁。如果想要修改某個已經寫過的頁，只能先對整個物理塊進行擦除，然后才能正確寫入。