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正確選擇閃存寫(xiě)入緩沖區大小，優(yōu)化擦寫(xiě)速度
作者：
時(shí)間：2016-12-02
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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在各種電子技術(shù)快速發(fā)展和電子市場(chǎng)高速擴大的今天，存儲器的需求量迅猛增長(cháng)。在眾多存儲器類(lèi)型中，NOR型閃存由于具有隨機讀寫(xiě)速度快，可靠性能高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應用于各種電子設備，如移動(dòng)產(chǎn)品，汽車(chē)電子等。從1988年發(fā)展至今，NOR型閃存技術(shù)緊跟市場(chǎng)發(fā)展需求也在不斷地進(jìn)步更新，不僅容量日益增大，可靠性能越來(lái)越高，隨機讀寫(xiě)速度也越來(lái)越快。隨著(zhù)各種電子設備的系統功能復雜化，對存儲器進(jìn)行頻繁讀寫(xiě)成了最基本的操作，讀寫(xiě)速度在實(shí)際應用中成為衡量NOR型閃存越來(lái)越重要的性能指標。
隨機讀取，擦除（使存儲內容從０變１），和寫(xiě)入（使存儲內容從１變０）是對閃存的三種基本操作。任何閃存器件的寫(xiě)入操作只能在空或已擦除的單元內進(jìn)行，所以大多數情況下，在進(jìn)行寫(xiě)入操作之前必須先執行擦除。隨著(zhù)工藝和電路設計上的提高，NOR型閃存的隨機讀取速度基本在百ns以?xún)龋ㄈ鏝umonyx的主要產(chǎn)品系列均在110ns以?xún)龋?，而同步讀取速度最高可達333MHz（如Numonyx某具有LPDDR接口的NOR型閃存）；對NOR型閃存進(jìn)行擦除一般是以64K"128KB的塊為整體進(jìn)行的，通常執行一個(gè)擦除操作的時(shí)間約為0.2"4s；對NOR型閃存的寫(xiě)入可以按照緩沖區大小，雙字節甚至比特操作，其中按比特寫(xiě)入可使任一比特由1變成0，NOR的寫(xiě)入速度除了與產(chǎn)品工藝和設計有關(guān)外，還與寫(xiě)入緩沖區容量有著(zhù)密切關(guān)系。目前，市場(chǎng)上的閃存產(chǎn)品主要都采用不高于64字節的寫(xiě)入緩沖區容量，例如常見(jiàn)的S29GL和SSF29產(chǎn)品系列等。64字節的寫(xiě)入緩沖區容量意味著(zhù)一次寫(xiě)入操作最大能寫(xiě)入的地址空間范圍為64字節。在實(shí)際應用中，工程師總是希望存儲器具有較快的寫(xiě)入速度，但往往容易忽略緩沖區大小和寫(xiě)入速度的關(guān)系。 最近，Numonyx公司開(kāi)發(fā)推出了基于65nm技術(shù)，最高可達1024字節寫(xiě)入緩沖區容量的NOR型M29EW閃存。本文對此產(chǎn)品的寫(xiě)入緩沖區大小與寫(xiě)速度的關(guān)系進(jìn)行了詳細分析。推薦工程師在實(shí)際應用中，可以通過(guò)選擇合適的盡可能大的寫(xiě)入緩沖區大小，最大可能的優(yōu)化擦寫(xiě)速度。
提高百倍的平均每字節寫(xiě)入速度
Numonyx公司的M29EW閃存，有兩種寫(xiě)入方式。一種是字寫(xiě)入方式（Word program），每次可對單個(gè)或者兩個(gè)字節進(jìn)行寫(xiě)入。另一種是緩存寫(xiě)入方式（Buffer program），根據選擇的寫(xiě)入緩沖區大小，每次可對1"1024個(gè)字節進(jìn)行寫(xiě)入。字寫(xiě)入方式具有較高的靈活性，可以對任意單個(gè)地址空間進(jìn)行寫(xiě)入操作，但寫(xiě)入時(shí)間較長(cháng)，在需要對連續地址空間進(jìn)行寫(xiě)入時(shí)，寫(xiě)入效率較低。緩存寫(xiě)入方式，不但同樣具備單字節或雙字節寫(xiě)入能力，最多還可以一次性寫(xiě)入連續的1024字節的地址空間。本文選取了M29EW系列中的128MB產(chǎn)品，重點(diǎn)對緩存寫(xiě)入方式進(jìn)行分析。使用不同的寫(xiě)入緩沖區大小對連續地址空間進(jìn)行寫(xiě)入，發(fā)現，采用大的寫(xiě)入緩沖區單次寫(xiě)入時(shí)間較長(cháng)。在-40C的環(huán)境溫度下，用2字節寫(xiě)入緩沖區大小寫(xiě)入2字節的連續地址空間大概需要200us，在相同測試條件，用1024字節的寫(xiě)入緩沖區對1024字節連續地址空間進(jìn)行寫(xiě)入大概需要近700us。但是采用大的寫(xiě)入緩沖區一次寫(xiě)入操作可以對更多的地址空間進(jìn)行操作。這樣平均到每字節所需的平均寫(xiě)入時(shí)間，反而是采用大的寫(xiě)入緩沖區時(shí)間短，如圖1所示。圖1中的兩條線(xiàn)分別表示-40C和85C的使用環(huán)境溫度，橫坐標表示采用的寫(xiě)入緩沖區大小，縱坐標是平均每字節的寫(xiě)入時(shí)間，為方便結果比較，縱坐標采用了對數坐標。由圖可得，同樣在-40C的環(huán)境溫度下，用2字節的寫(xiě)入緩沖區大小每字節的平均寫(xiě)入時(shí)間大約是100us，而采用64字節的寫(xiě)入緩沖區大小，平均每字節的寫(xiě)入時(shí)間就減少到10us以下，如果采用1024字節的寫(xiě)入緩沖區大小，平均每字節所需的寫(xiě)入時(shí)間已經(jīng)低于1us！需要說(shuō)明的是，所要寫(xiě)入的數據不同也會(huì )對寫(xiě)入時(shí)間造成較大的影響，為方便比較，本文對各種寫(xiě)入操作采用相同的寫(xiě)入內容，這里測試的結果重點(diǎn)也放在采用不同緩沖區大小的速度相對值的比較上，而不是絕對值。
圖1. 采用不同寫(xiě)入緩沖區大小寫(xiě)入與平均每字節寫(xiě)入時(shí)間的關(guān)系
由于采用大的寫(xiě)入緩沖區可以提高單字節的寫(xiě)入速度，因此當工程師進(jìn)行大塊字節的擦寫(xiě)操作時(shí)，采用盡可能大的寫(xiě)入緩沖區可以最大的提高擦寫(xiě)效率。例如，當需要對一塊連續128KB的地址空間進(jìn)行擦寫(xiě)操作時(shí)，可選擇采用不同的寫(xiě)入緩沖區大小進(jìn)行寫(xiě)入，圖2給出了寫(xiě)入緩沖區大小與完成操作的寫(xiě)入時(shí)間的關(guān)系。不難看出，與圖1相同，采用1024字節寫(xiě)入緩沖區大小所需時(shí)間最短，相比2字節的寫(xiě)入緩沖區大小，速度提高百倍以上。
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