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Memorie Flash: NAND, EEPROM, NVRAM ed altre

Memorie Flash: NAND, EEPROM, NVRAM ed altre

Lista delle memorie flash: NAND EEPROM NVRAM

Le memorie non volatili sono componenti essenziali dei dispositivi elettronici. L'industria si aspetta una perfetta memoria non volatile per soddisfare tutti i requisiti sia per codice sia per dati. Tuttavia, non esiste una memoria così perfetta in tutto. In alternativa, abbiamo molte scelte di memorie flash con vari parametri tra cui le interfacce (dati/indirizzo di bus, i protocolli ed i tempi), capacità (la densità e il costo) e affidabilità (durata e la percentuale dei blocchi danneggiati). Come risultato, i progettisti devono studiare i prodotti disponibili con molta attenzione per scegliere i componenti adatti ai progetti. Nella maggior parte dei casi, i progettisti dei sistemi devono sviluppare alcune componenti del software di sistema per le specifiche piattaforme come meglio possibile. Questa parte del software è così complessa che la tratterò in un altro articolo.

Memorie non volatili competitive
L'architettura standard di un PC adotta una struttura gerarchica di memorie. La mask ROM e la OTP EPROM sono utilizzate per il BIOS. Il codice e i dati sono memorizzati in dispositivi di memoria secondaria, come i floppy e i dischi rigidi. Il codice viene caricato dalla memoria secondaria alla DRAM e viene eseguito qui. Una frazione del codice caricato viene messo in cache ad alta velocità (SRAM) per migliorare le prestazioni del sistema. Con il rapido sviluppo delle tecnologie di memorizzazione in silicio, le memorie flash sono ampiamente utilizzate nell'architettura dei PC. MTP NOR flash e le memorie flash seriali SPI sostituiscono le vecchie memorie del BIOS.

Le schede flash e i dispositivi flash SSD sono utilizzati come dispositivi di memoria secondaria come negli UMPC e Netbook.

SSD Samsung

Tra di loro, i prodotti integrati adottano una più ampia gamma di tipi di memoria in quanto le piattaforme hardware incorporate sono molto diverse e su misura. Nello stesso modo, le memorie flash stanno rimpiazzando le vecchie memorie non volatili. Facciamo prima una ripassata generale sulle memorie non volatili.

UV-EPROM

La UV-EPROM era molto popolare e ampiamente utilizzato come maggior supporto di memorizzazione. Non è conveniente per riprogrammare durante il ciclo di sviluppo. E il suo pacchetto di ceramica è così costoso che i produttori di semiconduttori hanno dovuto rinunciarci e sostituirlo con la plastica.

EPROM

È comunemente indicata come di OTP (One Time Programmazione) EPROM. E' il corrispettivo dell' UV-EPROM con pacchetti di plastica. In teoria, è possibile cancellare il chip con la luce ad alta densità di energia (raggi UV) e riprogrammarlo. Gli ingegneri possono rimuovere il pacchetto di plastica con l' acido, cancellare la protezione con i raggi UV e accedere al codice binario (per il reverse engineering). Tuttavia, i processi avanzati degli ultimi chip li rendono molto difficile da cancellare.

EEPROM

L'EEPROM è un memoria popolare non volatile per memorizzare piccole quantità di dati. La EEPROM è un dispositivo programmabile byte per byte come la SRAM. La EEPROM è divisa in molti tipi, con diverse interfacce, tra cui l'interfaccia parallela, SPI, I2C e 1-wire. La cancellazione e la programmazione sono sotto il controllo della logica interna e richiedono una carica. La EEPROM è di solito utilizzata per memorizzare le variabili di sistema o i parametri di taratura. La EEPROM incorporata può essere trovata nel microcontroller, RFID e smart card. Alcuni microcontroller flash usano il blocco della memoria flash interna per sostituire l' esterna EEPROM. E' tecnicamente possibile, ma non è sempre una buona idea, dato che la durata delle memorie flash è di gran lunga inferiore a quella delle EEPROM.

Memorie FERAM

Il FERAM ha molti vantaggi rispetto alle EEPROM. Sono più veloci e richiedono meno potenza. Tuttavia, essa non può dominare il mercato, poiché l'EEPROM è molto economica. Pochi produttori (come NEC) usano le FERAM nell'RFID, le quali possono beneficiare di un' alta velocità.

NVRAM

NVRAM è un termine generale per tutte le memorie non volatili, ma in seguito NVRAM viene riferito alla SRAM (o DRAM). Dallas/Maxim e ST hanno usato molti NVRAM nel microcontroller, RTC e in alcuni integrati speciali.

Basic Memorie Flash

Le memorie flash NOR e NAND sono i tipi di base. Sono chiamate così dalle loro interfacce di accesso interno. Sono diverse nei dati e nell' indirizzo bus, nel metodo di gestione del blocco interno, nella velocità di programmazione e nella durata. In generale, la memoria NOR sostituisce le vecchie ROM/EPROM per la memorizzazione del codice, mentre le NAND sostituiscono i tradizionali dispositivi di memorizzazione di massa.

NAND

Memorie NOR (CFI)

La memorie flash NOR offre un accesso simile ad una interfaccia RAM. Si può leggere e programmare su byte o word, ma devono essere cancellati dal blocco (o dal chip), prima di programmare. Il suo tempo di programmazione è anche superiore a quella del flash NAND. Essa è in grado di offrire i cosiddetti XIP (eXecutive In Place), capacità per i microprocessori, mentre la flash NAND non può. Sebbene la memoria NOR è molto più lenta rispetto alla memoria di bus dei moderni microprocessori nel connettersi, questo gap è ancora accettabile durante il periodo di inizializzazione dell' intero sistema. E' ampiamente usato nel BIOS e nel boot loader, perché il microprocessore regolare non può essere avviato da NAND.
La memoria flash NOR è uno standard industriale chiamato Common Flash Interface (CFI), che definisce un set di comandi a basso livello (id chip, blocco/ sblocco, cancellazione chip, cancellazione blocco, ecc) per la memoria NOR. Non confondere CFI con Compact Flash (CF), che è una scheda di memoria standard con modalità IDE e PCMCIA.
La tradizionale flash NOR di solito garantisce una durata di milioni di cicli di scrittura per proteggere il codice. Tuttavia, in molte applicazioni, il codice o i dati richiedono parecchie volte di essere aggiornati. Di consenguenza, è possibile trovare la cosiddetta MTP (Many Times Programming) nei dispositivi flash disponibili sul mercato. Questi chip sono molto economici e in tagli per migliaia di cicli.
La regular data bus delle memorie NOR è di 8-bit o di 16-bit. Eccezionalmente, NXP mette una memoria NOR da 128-bit nei microcontroller LPC2000 per velocizzare il bus della memoria interna.

Memorie NAND

La memoria flash NAND è più comunemente utilizzata in dispositivi di memoria secondaria, sia in chip puri (SMC) sia in dispositivi gestiti (schede SD). La sua velocità di programmazione è molto più veloce, con blocchi di memoria più grandi ma meno affidabili. Dispone di operazioni sui di blocchi, tra cui leggere, scrivere, cancellare, bloccare e sbloccare i blocchi specifici. Il bus di accesso esterno è identico per le diverse capacità. Questo non può collegarsi direttamente con la tradizionale interfaccia dati / indirizzo bus, così il codice ed i dati devono essere caricati prima nella RAM. Inoltre, poiché la memoria NAND non è stato concepita come una memoria ad alta durata e i suoi cicli di scrittura sono limitati, offre il codice di correzione errori (ECC) per garantire l'integrità dei dati. Nel frattempo, il sub-sistema di memoria implementa la gestione dei blocchi rovinati e blocca l'usura con algoritmi nel firmware e nel controller NAND. Oltre alla tradizionale SLC (Single Level Cell), il MLC è in grado di offrire molteplici livelli in ogni singola cella di memoria, che incrementa la densità di memoria mentre diminuisce la durata della vita del ciclo di scrittura.

Sebbene la memoria NAND sembra avere così tanti difetti(non c'è una memoria perfetta in tutto), un numero sempre maggiore di dispositivi di memoria rimovibili stanno usando memorie flash NAND, perché il prezzo è più che conveniente. Inoltre, la NAND è l'unica tecnologia flash che compete con i dischi rigidi. Le popolari schede di memoria flash sono tutte basate su chip NAND. La SSD è in espansione nel mercato nei più recenti Netbook come l' EeePC. Un sacco di nuovi produttori, inclusa Intel, hanno rilasciato reentemente dei driver SATA basati su NAND per entrare nella fascia di mercato dai rivenditori degli hard disk tradizionali. Sebbene l' SSD è molto più costoso rispetto al normale hard disk, penso che il SSD può vincere la concorrenza prima del tempo.

Nel frattempo, un numero sempre maggiore di architetture integrate stanno cambiando vero chip NAND flash per il loro basso costo. Ad esempio, il precedente ARM7TDMI era basato di solito su una combinazione di RAM, memorie NAND e NOR. Il boot loader di solito risiedeva nel NOR per avviare l'intero sistema e inizializzare l'interfaccia DRAM. Poi il codice nella NAND (come al kernel Linux) veniva caricato nella DRAM o nell' SRAM interna per l'esecuzione. In alternativa, il chip della Samsung SC2410 ARM920T è capace di eseguire il boot dalla NAND. Il suo controller NAND può eseguire la copia dopo il reset e caricare i primi 4KB dal codice della NAND alla RAM interna ed eseguirli lì. L'ultimo TI OMAP3530 (leggere il datasheet 2.0) supporta il boot sia da NAND, sia da SD, sia da USB. Il chip ha integrato all' interno il codice di boot. Quindi l'interfaccia esterna è abbastanza semplice e pulita. Il boot da NAND è il più usato recentemente.

EMMC

Inoltre, tutti queste memorie, RAM, NOR e NAND stanno per essere fuse insieme da un pacchetto tecnologicamente avanzato o da nuove varianti.

Memorie Combo

A causa delle piccole dimensioni richieste per i cellulari, i nuovi progetti cercano una memoria all-in-one che offra tutte le interfacce per le moltiplici memorie. Alcuni piccoli produttori offrono le memorie Combo con alcuni pacchetti innovativi. I produttori di cellulari preferiscono questi dispositivi Combo fino a quando non usciranno alcune nuove memorie. La maggior parte di questi fornitori non sono produttori di silicio. Acquistano le confezioni da diversi produttori di silicio e li mettono insieme. Questo è vero: un fornitore di memorie Combo cambiava le confezioni tra diversi fornitori in base al prezzo di mercato. Come risultato, l'azienda ha ottenuto un sacco di denunce dalle linee di produzione. Inoltre, queste memorie non sono sempre testate! I fornitori di silicio hanno lanciato nuovi prodotti per soddisfare le esigenze della convergenza di più memorie. Sono rilasciate sempre maggiori varianti di memoria flash con differenti combinazioni.

Tipi di Varianti

ORNAND (NOR+NAND)

Spansion promuove la sua architettura ORNAND per le applicazioni mobili. L' ORNAND offre a basso costo una memoria NAND ad alta affidabilità, ed una veloce flash NOR. Spansion offre anche un pacchetto PoP per la memoria flash, che impila il chip flash in cima al SoC. Il pacchetto PoP è abbastanza utile per ridurre le dimensioni di un PCB con l'attuale pacchetto MCP. Tuttavia, si riduce anche la resa.

OneNAND (RAM + NAND)
OneNAND è stato inventato da Samsung, il più grande fornitore NAND del mondo. OneNAND integra una piccola cache SRAM con una memoria NAND. Questa combinazione offre accessi veloci, alta capacità e basso costo del sistema. Il codice memorizzato nel NAND è caricato nella cache SRAM, e poi il microprocessore può eseguire il codice dalla SRAM per attuare la XIP. La dimensione della SRAM è solo 1KB, quindi richiede ancora alcuni miglioramenti. In ogni caso, OneNAND è adatto per le applicazioni integrate. Samsung offre un software integrato per la gestione dei blocchi danneggiati chiamato DataLight OneBoot che offre elevata affidabilità nella gestione della memoria. Basato su OneBoot, la tecnologia OneBoot+File può ridurre il tempo di avvio del sistema. Questa tecnologia funziona come la modalità di ibernamento in un PC. Lo stato può essere ripristinato dal precedente memorizzato e quindi l'avvio del sistema è molto più veloce.

Serial Flash (SPI)

La serial flash è una memoria flash NOR con interfaccia SPI. Il beneficio della memoria serial flash è la riduzione della dimensione del pacchetto dell' integrato e del PCB. Con una serial flash, i costi del pacchetto SoC possono essere ridotti e semplificata la PCB routing.

SPI

Gestione delle Memorie Flash

Ho introdotto una scheda SD open source per la LPC213X in uno dei miei blog (leggi qui: software open source per file system FAT su MMC DSC). Durante la mia ricerca per questo articolo, ho letto alcune richieste di integrazione di schede SD / MMC su schede come gli SSD. Alcuni progettatori montato la flash card direttamente a bordo senza la memory card. Tuttavia, ci sono molte schede SD/MMC disponibili nel pacchetto BGA. Esse sono classificate come gestori di memoria flash, che è adatto ad essere un dispositivo di memorizzazione integrato e permanente. Tutti questi dispositivi sono sotto il controllo del controller di dischi (SD/MMC/ATA/SATA) ed agiscono come hard disk (hard disk e schede flash). Dato che il controller del disco gestisce sia la gestione dei blocchi sia i problemi di usura, il sistema operativo integrato può concentrarsi sulle applicazioni di alto livello.

Questi dispositivi non sono molto popolari finora. Nella maggior parte dei casi, i produttori avrebbero piuttosto montare uno slot a bordo, invece di acquistare gestori di memorie flash non-standard a causa delle considerazioni economiche. Tuttavia, queste memorie ci possono aiutare a ridurre le dimensioni dei PCB e diminuire il carico di memoria alle applicazioni (livellamento di usura, gestione dei blocchi, ecc.) Tutte le memorie flash hanno nomi (o marchi) diversi con implementazioni simili.

iNAND (SD)
Nel 2005, SanDisk rilascia le memorie flash iNAND. Si tratta di un dispositivo di memorizzazione flash incorporato con un controller SD standard e una memoria flash MLC NAND. Il più grande iNAND ha 4GB di memoria NAND interna.

GBNAND (SD)
GBNAND è un marchio registrato di Toshiba Electronics. Questo dispositivo include memorie NAND impilate, un controller SD e una PSRAM/LP SDRAM integrata. La più grande capacità di un GBNAND è di 16GB.

moviNAND (MMC)
Samsung offre moviNAND con l'interfaccia MMC. Il moviNAND integra memorie flash NAND, un controller MMC e il necessario firmware.

e-MMC
Micron promuove l'e-MMC per produttori di cellulari. L'e-MMC ha un controller MMC e memorie flash NAND. L'e-MMC è un marchio di MultiMediaCard Associations.

NANDrive (ATA)
NANDrive è un marchio registrato di Silicon Storage Technology, Inc. NANDrive è un disco a stato solido con memorie flash NAND e un controller ATA. Supporta la modalità PIO fino a 4 e la modalità Multi-word DMA fino a 2 in un pacchetto BGA.

mDOC (RAM + Gestito NAND)
mDOC è un prodotto da MSystems, ora parte di SanDisk. Si tratta di un dispositivo che incorpora memorie flash NAND, controller ATA e firmware TrueFFS.

SATA SSD
Ci sono molti prodotti SSD (e CF card) con interfaccia ATA. Ora i nuovi modelli stanno passando all'interfaccia SATA. La SSD è abbastanza costosa finora. Tuttavia, la SSD ha il vantaggio rispetto ai tradizionali hard disk di essere anti-shock, di consumare meno, di avere una velocità di trasferimento dei dati maggiore ed un peso minore. Questi vantaggi lo rendono una scelta ideale in un computer portatile. L'ultimo Netbook basata sull'ATOM generalmente offre due opzioni per la memoria principale, SSD e HDD. Naturalmente, l'SSD è la scelta ideale in un ambiente di telefonia mobile. Come il veloce declino del prezzo della NAND, sempre più consumatori scelgono l'SSD.

Leggi di più

Intel Solid-State Drivers and Caching
http://www.intel.com/design/flash/nand/index.htm

SanDisk mDOC H3
http://www.sandisk.com/OEM/ProductCatalog(1322)-SanDisk_mDOC_H3.aspx

NANDrive from SST
http://www.sst.com/products.xhtml/nand_flash_storage/85/

The e-MMC part list of Micron
http://www.micron.com/products/nand/managed-nand/partlist

What is moviNAND?
http://www.samsung.com/global/business/semiconductor/products/fusionmemory/Products_MoviNA...

Toshiba's new MCP integrates Gigabyte NAND flash memory and SD Controller
http://www.semicon.toshiba.co.jp/eng/product/memory/selection/topics/1177854_2404.html

SanDisk iNAND
http://www.sandisk.com/OEM/Default.aspx?CatID=1329
OneNAND from Samsung
http://www.samsung.com/global/business/semiconductor/products/fusionmemory/Products_OneNAN...

ORNAND from Spansion
http://www.spansion.com/flash_memory_products/ORNAND_products.html

Leggi la versione inglese: Flash Memory: NAND, EEPROM, NVRAM and others by alankliu

 

 

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ritratto di slovati

Memorie F-RAM

Concordo pienamente con quanto scritto in questo articolo. Per quanto concerne le memorie FERAM (dette anche F-RAM o semplicemente FRAM) e' senz'altro vero che non riusciranno a soppiantare le EEPROM per via dei costi troppo elevati. Sono comunque destinate ad occupare un ruolo importante in alcuni settori di "nicchia", tipicamente applicazioni critiche in cui occorra garantire dei tempi di accesso in scrittura ridottissimi ed una elevata longevita' (come numero di scritture sopportate) del componente.

ritratto di emiliano78roma

ciao

scusami ma vorrei sapere se te o chi per te può darmi delucidazioni sulla nvram e come potrei risolvere un problema con il mio pc che continua a dire che la nvram non la trova....
grazie cmq

 

 

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