主導閃存發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)

　　希捷公司（Seagate）推出的Momentus XT硬盤(pán)驅動(dòng)器表明，混合系統可以變得更加復雜。該存儲系統整合了三種存儲器：DRAM、SLC閃存和旋轉磁性存儲器。它具有SATA接口，因此除了閃存和硬盤(pán)驅動(dòng)器控制器之外，還有一個(gè)SATA控制器。這對于用戶(hù)來(lái)講完全是透明的。

　　在閃存中使用硬件控制器還可以讓設計人員在混合系統中增加安全和加密等其他功能。硬件加速也可以從這些功能中受益。

　　將閃存接口標準化一定會(huì )簡(jiǎn)化系統設計人員的工作。開(kāi)放NAND閃存接口（ONFI）工作組一直在致力于這方面的工作，他們于2011年發(fā)布了OFNI 3.0規范。該規范旨在提供400Mtransfers/s的傳輸速度和雙數據速率（DDR）傳輸。其切換模式2.0可選地采用差分信令。此外，OFNI還規定了芯片級外形尺寸，不過(guò)閃存可采用的外形尺寸相當多。

　　閃存的尺寸

　　小型串行閃存設備的外形尺寸差異相當大。有支持一級（1Wire）協(xié)議的三引腳設備以及支持I2C和SPI的各種設備。四SPI（QSPI） NVM設備可將傳輸的位數增加四分之一，甚至還有微控制器，這類(lèi)設備可以直接從像恩智浦半導體（NXP）公司的LPC1800系列這樣的QSPI串行存儲器中執行程序。

　　將程序保存在串行閃存中是相當常見(jiàn)的。大多數PC都將其BIOS保存在串行閃存中。芯片引導裝載程序將該程序復制到執行該程序的RAM中。NXP公司的LPC1800一次讀取存儲器中的一個(gè)指令。

　　串行存儲器是FRAM和MRAM等其他技術(shù)應用的首個(gè)用武之地之一。串行存儲器一般包含溫度傳感器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）等其他子系統。有些RTC甚至利用串行存儲器保存時(shí)間戳信息。

　　具有JEDEC e-MMC（嵌入式多媒體卡）外形尺寸的芯片（比如San-Disk的iNAND）采用與可移動(dòng)七引腳MMC外形尺寸相同的串行接口。對于開(kāi)發(fā)人員來(lái)講，其優(yōu)勢在于他們可以對固定存儲器和移動(dòng)存儲器使用同樣的接口。

　　該七引腳MMC設備可插入與九引腳SD和九引腳SDIO設備相同的插槽中，因此I/O設備可以置于該卡上。SD與MMC具有相同的引腳分布，其外沿附近增加了兩個(gè)額外的引腳。MMC接口本質(zhì)上是SPI接口，SD為QSPI接口。11引腳miniSD卡和八引腳microSD卡都采用相同類(lèi)型的接口，只不過(guò)封裝更小。這些串行設備的傳輸速率為832Mbps。

　　移動(dòng)閃存也采用USB、SATA和SAS接口。SAS往往只用于驅動(dòng)器上，而SATA則用于具有磁盤(pán)驅動(dòng)器外形尺寸的閃存驅動(dòng)器以及像Viking Technology公司的SATA Cube 3這樣的嵌入式設備中。SATA Cube 3是一堆帶閃存和控制器的電路板。電路板越多，表明存儲容量越大。

　　板上SATA設備還包含mSATA和Slim SATA模塊等標準。相比與SD卡等介質(zhì)配合使用的SPI/QSPI 接口，SATA接口可以提供高相當多的吞吐能力。大型SATA閃存一般用于1.8、2.5和3.5英寸的硬盤(pán)驅動(dòng)器外形尺寸中。

　　基于IDE的微型閃存仍是許多嵌入式母板上的常見(jiàn)功能部件。隨著(zhù)微控制器從IDE和PCI轉換到SATA和PCI Express，這種情況正在發(fā)生變化。雖然攝像機往往采用SD卡，不過(guò)仍有許多移動(dòng)設備（比如數碼攝像機）使用微型閃存。

　　USB閃存驅動(dòng)器已經(jīng)有效地替代了CD、DVD和軟盤(pán)。與現在的平均容量相比，首款USB 1.x閃存驅動(dòng)器的存儲容量相當小。如今的高端平臺的規模相當大，并且采用USB 3.0總線(xiàn)標準。

　　容量和速度并不是隨著(zhù)USB閃存驅動(dòng)器的發(fā)展而變化的唯一指標。增加的功能（特別是安全領(lǐng)域中）更為普遍。比如，Apricorn公司的Aegis安全密鑰帶一個(gè)內置鍵盤(pán)，可用來(lái)輸入安全代碼，阻止按鍵記錄病毒捕獲代碼。它可以用在任何操作系統上。

　　大多數與安全相關(guān)的其他解決方案都采用在主機上運行并使用主機輸入所有解碼密鑰的設備驅動(dòng)器或者應用程序。Aegis安全密鑰具有管理員和用戶(hù)密碼。這些功能可用來(lái)對加密和解密保存在閃存中的數據的密鑰進(jìn)行解碼。

　　USB閃存驅動(dòng)器一般用于便攜設備中，不過(guò)它們也廣泛地用在嵌入式設備中。許多母板都有一個(gè)內部A型連接器。大多數母板只有背板上有A型連接器。有些設備（像Eurotech公司的Helios Edge控制器）僅有用于閃存的USB接口和外設接口（請參見(jiàn)“Eurotech公司的Helios Edge控制器的實(shí)地操作評估”一文）。

　　USB頭在母板上也很常見(jiàn)。它們用于通過(guò)線(xiàn)纜和背板連接的額外外部USB接口，還可以用于USB存儲器中，比如Swissbit公司的USB存儲器（圖6）。Swissbit USB閃存模塊可插入大多數母板的標準九引腳USB頭中。母板上不一定總是使用安裝孔，但是當板可以用螺栓固定到母板上時(shí)，安裝孔確實(shí)可以提供穩固的解決方案。

　　像mSATA和Swissbit公司的USB閃存模塊這樣的模塊并不是基于板的唯一閃存方案。閃存還可用于雙列直插內存模塊（DIMM）和小外形DIMM （SODIMM）外形尺寸，不過(guò)與DRAM一樣，僅使用閃存的解決方案沒(méi)有標準。

　　另一方面，有些方案（比如Viking Technology公司的ArxCis-NV）將DRAM與閃存整合在一起。閃存作為備份，用于在斷電時(shí)保存DRAM的內容。超級電容器足以執行復制操作。

　　使用這些混合存儲器的難題在于軟件需要考慮非易失性。過(guò)去，具有磁芯存儲器的計算機可以在不重裝操作系統或應用程序的情況下關(guān)斷和導通。這可以節省相當長(cháng)的時(shí)間，對于嵌入式應用來(lái)講非常方便。

　　現在，主要存儲器一般是DRAM。關(guān)斷系統后，這種存儲器中的內容就會(huì )丟失，因此默認的恢復過(guò)程就會(huì )重啟系統。與這些已經(jīng)保存了DRAM先前內容的非易失性解決方案不同的是，保存在閃存中的引導程序不會(huì )丟失。

　　大多數這類(lèi)混合解決方案的目標應用都是企業(yè)系統，不過(guò)由于它們采用標準DIMM插座，并且看起來(lái)像系統硬件的標準DDR2或DDR3 DRAM，因此這些混合方案可以輕松地整合到嵌入式應用中。

　　曇花一現的PCI Express

　　帶寬是閃存可以使用的，不過(guò)諸如USB和SATA等諸多接口都受限于無(wú)法充分利用閃存的速度。PCI Express是加快數據移動(dòng)的一種方法。

　　非易失性?xún)却嬷鳈C控制器接口（NVMHCI）工作組開(kāi)發(fā)了NVM Express標準，并管理著(zhù)該標準，該標準可以提供非易失性存儲器（在這里基本上是指閃存）的接口。

　　SCSI Express是另一個(gè)正在準備階段的標準，該標準可將閃存直接應用到PCI Express接口中。這兩個(gè)標準的區別在于接口是SCSI適配器。SAS采用SCSI命令集，因此它可以有效地定義標準SAS接口。而傳統的SAS控制器需要其各自的供應商提供的設備驅動(dòng)程序。

　　串行ATA 組織的SATA Express標準是一個(gè)類(lèi)似的標準，不過(guò)該標準可以提供SATA接口。與SCSI Express一樣，SATA Express可以同樣輕松地通過(guò)接口實(shí)現硬盤(pán)存儲器和閃存。

　　NVM Express和SCSI Express標準都用于企業(yè)。支持熱插拔的板和驅動(dòng)標準融合在一起。隨著(zhù)這些平臺的日益普及，它們可能會(huì )在嵌入式系統中找到用武之地。由于這些平臺可以提供位于處理和網(wǎng)絡(luò )硬件所在的板上的高速解決方案，因此它們適合用于嵌入式應用。

　　標準組織

　　上文已經(jīng)提到了大多數與閃存相關(guān)的重要組織，比如JEDEC、ONFI工作組和NVMHCI工作組。SD協(xié)會(huì )負責移動(dòng)存儲器的SD卡系列。同樣，CompactFlash協(xié)會(huì )負責管理CompactFlash標準。T10則負責管理SCSI和SCSI Express標準。串行ATA組織負責管理SATA Express標準。