NAND Flash管理算法的设计及实现

O 引言
Flash是一种非易失存储器，它在掉电条件下仍然能够长期保持数据。由于它具有容量大、速度快、功耗低、抗震性能好等优点，近几年在U盘、SD卡、SSD硬盘等各种移动存储设备中得到了广泛的应用。本文给出了一款性能优异、成本低廉可用于SD卡的NAND flash控制芯片的设计方法。(本方法也同样适用于其他存储设备。文中集中探讨了一种高效管理物理块的算法，包括逻辑物理地址映射以及spare区的定义，另外，还有双缓冲器优化读写的方法等。

1 Flash简介
1．1 SLC flash与MLC flash的比较
从架构上，flash可以分为SLC(Single-Level-Cell) flash和MLC(Multi-Level-Cell)flash两种。和SLC Flash相比较，MLC flash的优点是面积小、成本低：缺点是出错率高，寿命短(SLC的每个block能够擦写100，000次，而MLC能够擦写10，000次)。由于MLC flash具有成本低的优势，而其出错率高的缺陷又可以通过ECC(Error Correction Code)纠错来有效解决，寿命短的问题也可以通过磨损均衡来弥补，因此，MLC flash的应用更加广泛，但在一些高端应用仍然会使SLCflash。本设计就是针对MLC flash，但是，本方法对SLC flash也能够处理。
1．2 NAND flash结构
不同厂商不同型号的flash的结构都大同小异，图l所示是三星K9G8G08UOA型号的flash结构图，图l中的1个flash芯片包含4096个物理块(block)，每个物理块含有128个页(page)，每个页包含2112(2048+64)字节其中多出的64字节用于存放纠错码及其他信息用。

1．3 NAND flash的特点
Flash可支持读(Read)操作、写(Program)操作和擦除(Erase)操作。其中读操作和写操作的基本单位是页，擦除操作的基本单位是块。对flash的写入操作只能在尚未写入的空闲页上进行，并且只能按照从低地址页到高地址页的顺序进行操作，而不能写了高地址页之后，再写低地址页。如果想要修改某个已经写过的页，只能先对整个物理块进行擦除，然后才能正确写入。