新型大容量閃存芯片－K9K2GXXU0M

關鍵詞：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、功耗低、擦寫速度快等特點，因而可廣泛應用于外部存儲領域，如個人計算機和ＭＰ３、數碼照相機等。但隨著閃存應用的逐漸廣泛，對閃存芯片容量的要求也越來越高，原來３２Ｍ、６４Ｍ的單片容量已經不能再滿足人們的要求了。而 Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＸ０Ｍ的出現則恰好彌補了這一不足。Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＸ０Ｍ是三星公司開發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構來增大容量的。芯片容量的提高并沒有削弱Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＸ０Ｍ的功能，它可以在４００μｓ內完成一頁２１１２個字節的編程操作，還可以在２ｍｓ內完成１２８ｋ 字節的擦除操作，同時數據區內的數據能以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，也可以作為數據的輸入／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脈沖、內部確認和數據空間等。

１　Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ的性能參數

Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ的主要特點如下：

●采用３．３Ｖ電源；

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

●具有指令／地址／數據復用的Ｉ／Ｏ口；

●在電源轉換過程中，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，使得芯片最大可實現１００ｋＢ編程／擦除循環，該技術可以保證數據保存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。表中的ｔＣＢＳＹ的最長時間取決于內部編程完成和數據存入之間的間隔。

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：數據輸入輸出口，Ｉ／Ｏ口常用于指令和地址的輸入以及數據的輸入／輸出，其中數據在讀的過程中輸入。當芯片沒有被選中或不能輸出時，Ｉ／Ｏ口處于高阻態。

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?用于控制設備的選擇。當設備忙時?ＣＥ為高電平而被忽略，此時設備不能回到備用狀態。

ＲＥ：讀使能端，用于控制數據的連續輸出，并將數據送到Ｉ／Ｏ總線。只有在ＲＥ的下降沿時，輸出數據才有效，同時，它還可以對內部數據地址進行累加。

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、地址和數據進行鎖存。

ＷＰ：寫保護端，通過ＷＰ端可在電源變換中進行寫保護。當ＷＰ為低電平時，其內部高電平發生器將復位。

圖3 編程操作時序圖

Ｒ／ Ｂ：就緒／忙輸出，Ｒ／ Ｂ的輸出能夠顯示設備的操作狀態。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，所以即使當芯片沒有被選中或輸出被禁止時，它也不會處于高阻態。

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找到，而在Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ中地址為００ｈ的第一塊一定應當是正常的。壞塊在大多數情況下也是可擦寫的，并且一旦被擦掉就不可能恢復。因此，系統必須能根據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，可能會產生新的壞塊，從而使正常工作出現一些錯誤。在擦除和編程操作后，如果出現讀失敗，應當進行塊置換。塊置換是由容量為一頁的緩沖器來執行的，可以通過發現一個可擦的空塊和重新對當前數據對象進行編程來復制塊中的剩余部分。為了提高存儲空間的使用效率，當由單個字節錯誤而引起的讀或確認錯誤時，應由ＥＣＣ收回而不要進行任何塊置換。

４ Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ的工作狀態

４．１ 按頁讀操作

Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ的默認狀態為讀狀態。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。

當地址變化時，隨機讀操作可以將選定頁中的２１１２字節數據在２５μｓ內存入數據寄存器中。系統可以通過分析Ｒ／ Ｂ腳的輸出來判斷數據轉移是否完成。而存入數據寄存器的數據可以很快地被讀出，如一頁的數據通過連續的ＲＥ脈沖可以在５０ｎｓ內讀出。

可以通過寫入隨機數據輸出指令來從一頁中隨機地輸出數據。數據地址可以從將要輸出的數據地址中通過隨機輸出指令自動找到下一個地址。隨機數據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，而部分頁的連續字節數為２１１２。寫入頁編程確認指令（１０ｈ）即可開始編程操作，但寫入指令（１０ｈ）前還必須輸入連續數據。

連續裝載數據在寫入連續數據輸入指令（８０ｈ）后，將開始４個周期的地址輸入和數據裝載，而字卻不同于編程的數據，它不需要裝載。芯片支持在頁中隨機輸入數據，并可根據隨機數據輸入指令（８５ｈ）自動變換地址。隨機數據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字節的數據寄存器執行，并只在一個塊中有效。因為Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ有一頁緩存，所以當數據寄存器被編入記憶單元中時它便可以執行連續數據輸入。緩存編程只有在未完成的編程周期結束且數據寄存器從緩存中傳數后才能開始。通過Ｒ／ Ｂ腳可以判斷內部編程是否完成。如果系統只用Ｒ／ Ｂ來監控程序的進程，那么，最后一頁目標程序的次序則必須由當前頁編程指令來安排。如果由緩存編程指令來安排，狀態位必須在最后一個程序執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 存儲單元復錄

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

４．５ 塊擦除

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

４．６ 讀狀態

Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ內的狀態寄存器可以確認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，讀循環會把狀態寄存器的內容在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，因此如果狀態寄存器在一個隨機讀循環中處于讀狀態，那么在讀循環開始前應給出一個讀指令。

圖5和圖6

５　結束語

由于閃存具有非易失性、可電擦寫、掉電后數據不丟失等特點，所以得到越來越廣泛的應用。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的出現則填補了大容量閃存芯片的空白。Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ除具有容量大的優點外，也可以在４００μｓ內完成一頁２１１２ｂｙｔｅ的編程操作，并可在２ｍｓ內完成１２８ｋ ｂｙｔｅ的擦除操作，因此Ｋ９Ｋ２ＧＸＸＵ０Ｍ是目前外部存儲的領域的一種非常好的存儲芯片。