Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Четверг, 12 декабря
 
 


Это интересно!

Ранее

Интегральные синтезаторы сетки стабильных частот серии LMK0300x National Semiconductor

Синхронизация – важный элемент в любых системах преобразования и передачи данных. Обычно используется синтез сетки частот привязанных по фазе к опорной частоте. Причем во многих случаях важно не только формирование заданной и стабильной во времени частоты, но и обеспечение как можно меньшего уровня фазового шума. Шум синхронизации дает неопределенность дискретизации при измерениях, уменьшает разрешение, дает ухудшение результатов при корреляционной обработке. Поскольку шум синхронизации вносит свой вклад во все компоненты систем – этот параметр является одним из важных для разработчика в процессе проектирования системы. National Semiconductor представила новую серию LMK0300x синтезаторов сетки стабильных частот «Precision Clock Conditioner» для системной синхронизации, которые обеспечивают низкий уровень фазового шума. Высокая степень интеграции синтезаторов, а также использование компактных корпусов позволяет упростить разработку, снизить стоимость устройства и уменьшить площадь, занимаемую компонентами синтезатора.

Динамическая память DDR3

Появление на рынке последнего поколения динамической памяти DDR3 позволило повысить пиковую производительность этого типа памяти до 1,6 Гбит/с на сигнальный контакт при уменьшении потребляемой мощности. В статье рассмотрены основные особенности и преимущества DDR3, а также перспективы развития рынка нового поколения памяти. Приведены данные о номенклатуре микросхем памяти DDR3 SDRAM, выпускаемых одним из ведущих мировых производителей компанией Micron.

Защита инвестиций: аутентификация и программное управление функциональностью

В статье рассматривается концепция аутентичности на примере решений компании Maxim/Dallas, которая предлагает защищенные микросхемы памяти для обеспечения контроля безопасности и защиты информации и решения таких задач, как:
– защита интеллектуальной собственности;
– лицензирование встроенного аппаратного и программного обеспечения;– функция «защищенное ПО» и установка статуса;
– запоминающие устройства для хранения данных с защитой от несанкционированного копирования.

 

3 марта

NAND или NOR… какую флэш-память выбрать для проекта?

Различные приложения и выполняемые функции требуют использования различных видов флэш-памяти. В статье обсуждаются особенности применения NAND- и NOR-памяти для хранения кода программы и данных системы. Описывается универсальное решение для подсистемы памяти на базе RAM, NAND- и NOR-памяти, сочетающее преимущества обоих типов флэш-памяти. Статья представляет собой сокращенный перевод работы [1].



С

момента появления в 70-х гг. прошлого века встраиваемых систем на этом рынке все время ожидали закулисного персонажа под названием «универсальная память», который, наконец, выйдет на сцену и заменит всю иерархию памяти, доставшуюся в наследство от больших ЭВМ, мини-ЭВМ и настольных компьютеров.

Эти ожидания усилились с появлением встраиваемых, мобильных, портативных компьютеров, и кандидаты на роль универсальной памяти появились на сцене. Некоторые персонажи — такие как EEPROM, EPROM, УФ-EPROM, ферроэлектрическое RAM и др. варианты псевдо-RAM — были отклонены. Другие кандидаты — например, магнитные RAM, рассматривались, однако их перспективы были сомнительны по ряду экономических и технических причин.

В то же время некоторые действующие лица «пьесы», в частности, различные типы флэш-памяти NAND и NOR, рекламируются производителями как кандидаты на роль универсальной памяти или, по крайней мере, как родственники или близкие друзья этого персонажа. К этим разновидностям флэш-памяти относятся следующие типы устройств: OneNAND, OrNAND, iNAND, GBNAND, moviNAND, ManagedNAND и NANDrive.

Флэш-память является наиболее практичным решением для таких систем, однако ключевое значение имеет выбор типа флэш-памяти, который наилучшим образом подходит для разрабатываемого проекта. Какой же выбор будет оптимальным?

Использование недорогой флэш-памяти NAND большой емкости требует применения системы контроля дефектов, что усложняет подсистему памяти. Кроме того, возникает необходимость поддержки различных типов памяти и интерфейсов разных производителей.

Полностью управляемая подсистема памяти может содержать интерфейс стандартной памяти RAM (PSRAM или SDR/DDR SDRAM). Такая подсистема памяти обеспечивает интеграцию с процессором хоста и исключает необходимость контроля памяти со стороны системы.

NOR-память появилась раньше NAND-памяти и в настоящее время широко применяется во встраиваемых системах. NOR-память используется как для хранения кода программы, так и данных. Основным ее преимуществом является непосредственное исполнение кода из флэш-памяти (execute-in-place — XIP). К тому же NOR-память можно непосредственно соединить с хост-процессором, что упрощает проект и уменьшает время разработки.

С ростом использования функций мультимедиа во встроенных системах увеличивается также потребность в объеме хранимых данных и кодов программ. Для таких приложений использование NOR-памяти большой емкости для хранения кодов и данных становится менее рентабельным по сравнению с использованием NAND-памяти. При этом максимальная емкость NOR-памяти в настоящее время ограничена 1 Гбит.

NAND-память для хранения данных и кода

NAND-память удобна для использования в приложениях, требующих хранения кода значительной величины (такого, как операционная система (ОС) или приложение) и больших объемов данных, т.к. NAND-память не дорога, а ее емкость достигает 16 Гбит на кристалл. В отличие от NOR-памяти, NAND-память не поддерживает непосредственное выполнение кода (XIP) или произвольную выборку. В результате в некоторых системах, использующих NAND-память, требуется также NOR-память малой емкости для системной загрузки и выполнения кода BIOS. В других системах функции начальной загрузки может выполнять контроллер NAND-памяти или встроенная загрузочная ROM хост-процессора. После загрузки системы на базе NAND-памяти для выполнения кода используется либо затенение кода (shadowing), либо выделение страниц по запросу (demand paging). В случае затенения вся ОС и приложения копируются из NAND-памяти в системную RAM, а во втором случае — ОС и приложения копируются в системную RAM по частям и выполняются по мере необходимости.

Хотя NAND-память недорога и имеет большую емкость, чем NOR-память, она менее надежна и требует применения технологии контроля дефектов, включая обнаружение и коррекцию ошибок, а также механизм выравнивания износа (wear-leveling) во многих приложениях. Для реализации этих функций управления флэш-памятью требуются сложные аппаратные и программные средства. На рисунке 1 изображена система, в которой управляющий чипсет (хост) связан с NAND-памятью. В такой системе функции контроля ошибок должны выполняться этим чипсетом. Запуск функций управления на хосте требует некоторой доработки программного обеспечения, а также использования ресурсов ЦП и памяти хоста, что снижает общую производительность системы.

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Рис. 1. Система, состоящая из чипсета хоста, соединенного с автономной NAND-памятью

С уменьшением проектных норм длина кода коррекции ошибок для NAND-памяти с одноуровневыми ячейками (single-level cell — SLC) увеличилась с 1 до 4 бит на 512-байт сектор, а для NAND-памяти с многоуровневыми ячейками (multi-level cell — MLC) — с 4 до 8 бит на 512-байт сектор. Размер страницы увеличился с 512 до 4096 байт. Ресурс некоторых типов SLC NAND-памяти с уменьшенными проектными нормами снижен со 100 тыс. до 50 тыс. циклов перезаписи, а для MLC NAND-памяти — с 10 тыс. до 5 тыс. циклов (в некоторых случаях до 3 тыс. циклов). Для того чтобы снизить количество элементов в системе, многие производители интегрируют контроллер NAND-памяти в чипсет, который непосредственно подключается к отдельной NAND-памяти. Однако из-за длительного цикла проектирования производителю чипсета довольно сложно отслеживать изменения в технологии NAND-памяти. Поэтому функциональные возможности встроенного в чипсет контроллера NAND-памяти будут всегда отставать от технологии NAND-памяти.
Существует несколько решений, подобных NAND-памяти, которые по­зво­ляют улучшить производительность и функциональные возможности стандартной NAND-памяти. Например, флэш-память OneNAND является разновидностью NAND-памяти, которая сочетает в одном устройстве RAM и отдельную SLC NAND-память для обеспечения начальной загрузки и увеличения скорости выборки. OneNAND-память требует 1-бит код коррекции ошибок для каждого 512-байт сектора и управление функциями, реализованное либо на чипсете, либо с помощью отдельного контроллера.
Другая разновидность NAND-памяти — OrNAND-память содержит MirrorBit NOR-память с интерфейсом NAND-памяти, что обеспечивает уменьшение времени записи по сравнению с обычной NOR-памятью. OrNAND-память также требует применения системы коррекции ошибок с длиной кода 1 бит, реализованной на чипсете или на отдельном контроллере для обеспечения надежной загрузки системы. Кроме того, максимальная емкость OrNAND-памяти в настоящее время ограничена 1 Гбит, что уступает емкости NAND-памяти.

Управляемая NAND-память для хранения данных

Из-за ограниченных возможностей встроенного контроллера NAND-памяти многие системные разработчики используют решения на основе управляемой (managed) NAND-памяти. Некоторые производители предложили продукты на основе управляемой NAND-памяти, которые позволяют снизить сложность обычной подсистемы памяти во встраиваемом приложении. Варианты управляемой NAND-памяти включают iNAND, GBNAND, moviNAND, Managed NAND и NANDrive. Они используются в основном для хранения данных. Эти решения позволяют уменьшить сложность системы благодаря эффективному управлению NAND-памятью с помощью встроенного контроллера и файловой системы флэш-памяти (flash file system — FFS), как показано на рисунке 2.

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Рис. 2. Система с управляемой NAND-памятью для хранения данных

Эти устройства используют стандартные интерфейсы, например Secure Digital (SD), MultiMediaCard (MMC) или Advanced Technology Attachment (ATA). Например, iNAND и GBNAND используют интерфейс SD, moviNAND и Managed NAND — интерфейс MMC, а NANDrive — интерфейс ATA. Эти устройства не поддерживают непосредственное выполнение кода (XIP), поэтому для обеспечения загрузки в таких системах необходима NOR-память.

Использование управляемой NAND-памяти исключает необходимость реализации сложных функций управления памятью на хосте. В результате у производителей чипсетов нет необходимости постоянно следить за изменениями в технологии NAND-памяти.

Гибридные решения на основе управляемой NAND-памяти

Поскольку управляемая NAND-память не обеспечивает возможность загрузки системы, разработчикам приходится использовать для этого более дорогую NOR-память. Однако в последнее время появились гибридные решения, например флэш-память mDOC H3. В таких гибридных системах используются RAM и управляемая NAND-память в пределах одного устройства, что упрощает построение системы, как показано на рисунке 3.

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Рис. 3. Система с гибридным устройством памяти, содержащим RAM и управляемую NAND-память

Гибридная память позволяет решить проблему загрузки, связанной с использованием управляемой NAND-памяти. Она обеспечивает загрузку системы непосредственно из NAND-памяти, исключая необходимость применения более дорогой NOR-памяти, что снижает общие системные затраты. Гибридная память также позволяет снизить число компонентов в системе и габариты, что имеет важное значение для таких приложений как сотовые телефоны. Эти решения обес­печивают большую емкость памяти, т.к. используют NAND-память.

С другой стороны, гибридная NAND-память имеет большее время загрузки, поскольку необходимо скопировать загрузочный код из NAND-памяти в загрузочную RAM после включения питания. Кроме того, гибридная NAND-память более сложна, ее трудно интегрировать в систему, а для работы с ней требуется ОС, которая поддерживает выделение страниц по запросу (demand paging) на хосте.
Флэш-память mDOC H3 использует шину NOR-типа для связи с процессором хоста и обеспечивает более быстрое считывание, чем NAND-память, и более быструю запись, чем NOR-память. Из-за большей скорости записи эти устройства подходят для хранения мультимедийных данных.

Использование управляемой NAND-памяти или даже гибридной управляемой NAND-памяти с возможностью загрузки системы не позволяет в значительной степени упростить построение подсистемы памяти. Разработчики все еще должны учитывать различные типы памяти и интерфейсов разных производителей и другие особенности системы. Такие типы подсистем памяти часто требуют использования множества компонентов с большим количеством выводов, разработки сложных аппаратных и программных средств. Это увеличивает стоимость системы, площадь печатных плат, время разработки и потребляемую мощность. Кроме того, увеличивается сложность внешнего контроллера памяти в процессоре хоста. Для современных систем необходимы удобные для пользования полностью управляемые подсистемы памяти для хранения данных и кода со стандартной шиной и RAM, интегрированные в одном устройстве.

Разработчики нуждаются в подсистеме памяти, которая обеспечивает хранение сотен Мбит кода с возможностью непосредственного выполнения (XIP), а также удовлетворяет растущим требованиям по хранению мультимедийных данных. Такая система должна сочетать преимущества NOR-памяти (быстрое чтение), NAND-памяти (низкая стоимость и большая емкость) и RAM (удобное обращение по шине). Это решение также должно быть простым в использовании и не сложным при проектировании. Такая система требует минимальной дополнительной разработки аппаратных и программных средств, имеет стандартный интерфейс связи с чипсетом хоста или процессором без использования дополнительной логики и обеспечивает такой же простой и удобный доступ, как к SRAM.
Встроенный контроллер этой подсистемы памяти должен обеспечивать коррекцию ошибок, управление дефектными блоками и выравнивание износа (wear-leveling) NAND-памяти. Контроллер должен иметь возможность также управлять встроенной памятью всех типов (NOR, NAND и RAM) для того, чтобы полностью освободить хост-систему от выполнения этих функций.

Подсистема памяти следующего поколения

В настоящее время на рынке доступны подсистемы памяти, обладающие всеми теми преимуществами, о которых говорилось выше. Одна из таких систем памяти в одном корпусе, конфигурация которой показана на рисунке 4, состоит из контроллера памяти со встроенной загрузочной NOR-памятью, NAND-памяти и RAM. Используя кэш RAM перед NAND-памятью, контроллер обеспечивает выделение страниц по запросу и другие функции управления памятью. Кроме того, кэш RAM обеспечивает линейную адресацию подсистемы памяти наподобие SRAM.

 

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Рис. 4. Пример системы в одном корпусе, состоящей из контроллера памяти со встроенной загрузочной NOR-памятью, NAND-памяти и RAM: а) блок-схема, б) распределение памяти

Блок RAM разделен на две части, которые доступны со стороны хоста и могут быть сконфигурированы пользователем: кэш для псевдо NOR-памяти (PNOR) и системная RAM для хоста. Блок NAND-памяти используется для энергонезависимого хранения данных для области PNOR и отображения в памяти ATA NAND-диска. Конфигурируемый PNOR-блок эмулирует функцию NOR, используя кэш RAM и NAND-память. Поскольку NAND-память используется как основной блок энергонезависимой памяти, это решение обеспечивает хранение достаточно крупного XIP-кода и способно эффективно заменить традиционное решение на базе более дорогой NOR-памяти большой емкости. С помощью стандартного протокола ATA по стандартной шине RAM (PSRAM или SDR/DDR SDRAM) это решение обеспечивает достаточную емкость для хранения данных в мультимедийных приложениях, использующих интерфейс ATA. Кроме того, кэш RAM в PNOR-блоке также способствует увеличению ресурса флэш-памяти и надежности хранения кода и данных посредством минимизации циклов чтения/записи NAND-памяти.

Поскольку устройство предлагается в компактном корпусе, такая подсистема управляемой памяти способна упростить построение интерфейса и системы, уменьшает время разработки, снижает общую стоимость решения и улучшает качество и надежность. К другим преимуществам относятся конфигурируемая пользователем псевдо NOR-память для хранения XIP-кода; надежная система детектирования и коррекции ошибок MLC и SLC NAND-памяти и возможность масштабирования системы для увеличения емкости памяти. Не требующая серьезных затрат на разработку аппаратных и программных средств, такая подсистема памяти может стать тем долгожданным персонажем из пьесы Беккета.

Литература

1. Employ the proper flash memory in your design, Vijay Devadiga//www.embedded.com.



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Виджай Девадига (Vijay K. Devadiga), ст. менеджер по продажам, Silicon Storage Technology Inc.



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2019 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты