Le memorie NAND e NOR Flash con interfaccia SPI

Le memorie flash con interfaccia seriale rappresentano gli elementi fondamentali della Gigadevice, un produttore di memorie non volatili e microcontrollori ARM con core CortexTM-M3/M4. SPI NAND Flash GigaDevice è una memoria con interfaccia SPI di tipo NAND flash, alimentata con tensione singola di 3V e 1.8V. Con velocità di lettura fino a 120MHz e operazioni Standard / Dual / Quad di I / O, GigaDevice SPI NOR Flash supporta una maggiore velocità di trasferimento dati di 240Mbit / s per Dual SPI e 480Mbit / s per Quad SPI. SPI NOR Flash GigaDevice è un tipo di memoria flash con interfaccia seriale a cui appartengono due grandi famiglie: la GD25LQ alimentata con 1,8 V e la famiglia GD25Q / GD25D alimentata con 3V.

Introduzione

GigaDevice è un fornitore leader di dispositivi di memoria non-volatile (NVM), che fornisce una vasta gamma di prodotti di memoria Flash ad alta velocità e bassa potenza. Dal 2007, GigaDevice è stata accreditata da SGS ISO9001 e ISO14001. La TME ha instaurato con l’azienda Gigadevice una collaborazione per la distribuzione dei loro prodotti. GigaDevice ha sviluppato le prime memorie SPI NOR e NAND Flash. In una NOR flash, ogni cella ha una estremità collegata direttamente a terra, e l'altra collegata ad una linea di bit. Questa disposizione è denominata in riferimento alla porta NOR: quando una delle linee di parola è allo stato alto, il transistore di memorizzazione corrispondente commuta per impostare a livello basso l’uscita. Flash NOR continua ad essere la tecnologia di scelta per applicazioni embedded che richiedono un dispositivo di memoria non-volatile discreto. La bassa latenza in lettura consente sia l'esecuzione di codice diretto e sia la memorizzazione dei dati in un unico prodotto di memoria. Le memorie NAND Flash utilizzano in particolare transistori floating-gate collegati come in una porta NAND in gruppi disposti in serie. Il tipo NAND opera principalmente per lo stoccaggio generale e il trasferimento dei dati in schede di memoria, unità flash USB, unità a stato solido e prodotti simili. NAND e NOR flash sono impiegati spesso per memorizzare i dati di configurazione in numerosi prodotti digitali, un compito in precedenza reso possibile da EEPROM o RAM statica a batteria.

Caratteristiche

Le memorie flash di tipo NOR con interfaccia seriale sono caratterizzate da un basso consumo di energia elettrica, con corrente a partire da 1 μA in standby. La capacità rientra nel range 512 kbit – 256Mbit e una tensione di alimentazione di 1,8/2,5/3 VDC. Queste memorie trovano spazio in molte applicazioni consumer, caratterizzate da una velocità di clock di 80-133 MHz ed interfaccia SPI Dual I/O e Quad I/O. Le funzioni di sicurezza avanzate sono progettate per soddisfare una varietà di prodotti consumer tra cui Unità DVD / CD, STB, DPF, desktop e PC portatili, registratori DVD, WLAN, DSL, Monitor LCD. In figura 1 lo schema a blocchi del GD25D10B/05B NOR Flash con descrizione dei pin in figura 2. Le memorie GigaDevice SPI NAND Flash vengono utilizzate nei dispositivi mobili (smartphone), nelle schede di memoria e nei dispositivi Set-Top-Box. La frequenza di clock è 108MHz con un package WSON8 di 8 * 6 mm e una gamma di capacità di 1Gbit-4Gbit. Tutte le memorie sono realizzate con alloggiamenti per un corretto montaggio superficiale (SMD) ed operano in un ampio intervallo di temperature industriali che vanno da -40 °C a +85°C.

Figura 1: Piedinatura del GD25D10B/05B

Figura 2: Descrizione dei pin del GD25D10B/05B

La memoria SPI (Serial Peripheral Interface, al seguente link un interessante articolo sul confronto tra SPI e I2C) NAND Flash fornisce un elevato rapporto costo-efficienza, rappresentando, di fatto, una valida alternativa allo standard NAND Flash parallelo. La memoria NAND Flash a basso numero di pin segue l'interfaccia periferica seriale standard di settore, e rimane sempre la stessa piedinatura da una versione all’altra di diversa densità. Il set di comandi assomiglia molto ai comuni SPI-NOR con ulteriori nuove funzionalità. In figura 3 e 4 la descrizione dei pin e lo schema a blocchi della memoria NAND flash. Nella figura 4 è visibile l’impiego del ECC register in grado di rilevare e correggere i più comuni tipi di corruzione dei dati interni. ECC (Error Correcting Code) è utilizzato nella maggior parte dei computer in cui la corruzione dei dati non può essere tollerata in nessun caso, ad esempio per il calcolo scientifico o finanziario.

Figura 3: Piedinatura della memoria NAND flash

Figura 4: Descrizione dei pin relativamente alla memoria NAND Flash

Conclusioni e considerazioni

Più piccolo, più veloce, più economico. Questo è il principio della maggior parte delle aziende di progettazione di dispositivi consumer. Ogni componente progettato viene esaminato per mantenere un fattore di forma piccolo senza compromettere le prestazioni e costi. Per condividere le prestazioni complessive del sistema, le memorie devono essere veloci, dense e piccole come package. Grazie al multimedia card incorporato o eMMC, la memoria NAND ha raggiunto spedizioni record di oltre 1 miliardo di unità negli ultimi anni. eMMC è emersa piuttosto rapidamente grazie ai suoi vantaggi economici, nonché la maggiore densità di memoria flash coinvolta. Di conseguenza, eMMC è diventata prevalente nei dispositivi smartphone e tablet di fascia alta. Mentre le metriche di performance delle interfacce di memoria flash seriale superano quelle delle interfacce parallele, stiamo assistendo a più applicazioni con memorie flash seriali in quanto hanno un ingombro ridotto sulla scheda. In passato, la maggior parte delle applicazioni integrate facevano affidamento solo su SPI NOR per il codice shadowing, la memorizzazione di BIOS, firmware e alcuni dati. Con l'aumento dei requisiti di storage, le memorie NAND seriali stanno diventando sempre più attraenti disponibili in una maggiore densità con un più basso costo per megabit rispetto a qualsiasi soluzione flash seriale, capace di velocità di scrittura più elevate e funzionalità ECC on-chip.