寫在前面嵌入式開發(fā)中存儲(chǔ)選型一直是個(gè)經(jīng)典話題。NOR Flash 簡(jiǎn)單可靠、支持XIP但容量上去之后價(jià)格確實(shí)不太友好。并行NAND容量大、成本低但引腳多、占PCB面積還得配ECC和壞塊管理主控要求也高。SPI NAND Flash算是介于兩者之間的一個(gè)折中選擇——SPI接口的簡(jiǎn)潔性保留下來(lái)了NAND的大容量和成本優(yōu)勢(shì)也保留了。最近在看XTX芯天下的XT26G02C一款3.3V 2G-bit SPI NAND。翻了翻數(shù)據(jù)手冊(cè)整理了一些技術(shù)要點(diǎn)和開發(fā)注意事項(xiàng)分享給大家。一、基本信息先把核心參數(shù)列出來(lái)參數(shù)規(guī)格容量2G-bit256M字節(jié)電壓2.7V ~ 3.6V接口標(biāo)準(zhǔn)SPI / Dual SPI / Quad SPI最高時(shí)鐘104MHz最大吞吐量416Mbit/sQuad I/O模式工藝SLC封裝WSON88×6mm工作溫度-40℃ ~ 85℃ECC內(nèi)置8-bit ECC每528字節(jié)存儲(chǔ)組織方面2048個(gè)塊每塊64頁(yè)每頁(yè)2176字節(jié)2048字節(jié)數(shù)據(jù)區(qū) 128字節(jié)備用區(qū)塊大小為136K字節(jié)。二、接口與速率XT26G02C支持三種SPI模式標(biāo)準(zhǔn)SPI單線兼容性最好Dual SPI雙線速率翻倍Quad SPI四線速率最高Quad模式下104MHz時(shí)鐘理論峰值416Mbit/s。實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于UI資源加載、OTA升級(jí)這類場(chǎng)景這個(gè)帶寬基本夠用。而且SPI接口只需要4根信號(hào)線CLK、CS#、SIO0、SIO1、SIO2、SIO3加上WP#和HOLD#相比并行NAND的十幾根線PCB走線壓力小很多。三、內(nèi)置ECC降低主控門檻這是這顆芯片比較實(shí)用的一個(gè)特性。NAND Flash的位翻轉(zhuǎn)問(wèn)題是繞不開的。傳統(tǒng)做法是在主控端做ECC硬件實(shí)現(xiàn)或者軟件實(shí)現(xiàn)都有。但不管是哪種都要消耗主控資源——要么外設(shè)要有ECC控制器要么CPU要跑ECC算法。XT26G02C內(nèi)置了硬件ECC模塊糾錯(cuò)能力每528字節(jié)支持8-bit ECC默認(rèn)開啟寫入自動(dòng)生成校驗(yàn)碼讀取自動(dòng)糾錯(cuò)支持4-bit ECC狀態(tài)指示對(duì)于主控來(lái)說(shuō)讀出來(lái)的數(shù)據(jù)已經(jīng)是糾錯(cuò)后的干凈數(shù)據(jù)不需要額外處理。這意味著可以用更便宜的MCU省下的算力可以給其他任務(wù)軟件復(fù)雜度降低四、緩存機(jī)制與操作時(shí)序NAND Flash內(nèi)部結(jié)構(gòu)是存儲(chǔ)陣列 ? 緩存寄存器 ? I/O的架構(gòu)。XT26G02C配備了2K-Byte的數(shù)據(jù)緩存Cache。常用操作指令指令說(shuō)明13hPage Read to Cache將頁(yè)數(shù)據(jù)讀到緩存03h / 0BhRead From Cache從緩存讀取數(shù)據(jù)02hPage Program頁(yè)編程D8hBlock Erase塊擦除關(guān)鍵時(shí)序參數(shù)操作典型時(shí)間頁(yè)編程Page Program360μs塊擦除Block Erase3.5ms另外芯片支持內(nèi)部數(shù)據(jù)搬運(yùn)Internal Data Move功能可以在不占用SPI總線的情況下完成頁(yè)數(shù)據(jù)的片內(nèi)拷貝。這個(gè)特性在垃圾回收和磨損均衡算法中比較有用。五、安全特性UID與OTPXT26G02C提供了兩個(gè)安全相關(guān)的特性128-Bit Unique IDUID每顆芯片出廠時(shí)燒錄的唯一標(biāo)識(shí)符。可用于設(shè)備認(rèn)證、防克隆、云端注冊(cè)等場(chǎng)景不需要額外燒錄。8K-Byte OTP區(qū)域一次性可編程區(qū)域?qū)懭牒蟛豢筛目涉i定。適合存放設(shè)備序列號(hào)MAC地址加密密鑰校準(zhǔn)參數(shù)這兩個(gè)特性在生產(chǎn)管理和設(shè)備安全認(rèn)證方面比較實(shí)用。六、開發(fā)注意事項(xiàng)以下是數(shù)據(jù)手冊(cè)中提到的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在實(shí)際開發(fā)中需要注意6.1 壞塊管理NAND Flash出廠時(shí)可能存在壞塊使用過(guò)程中也可能產(chǎn)生新壞塊。出廠壞塊標(biāo)記位于每個(gè)Block第一頁(yè)的Spare Area第一個(gè)字節(jié)非0xFF即為壞塊有效塊數(shù)NVB不低于2008個(gè)驅(qū)動(dòng)中必須實(shí)現(xiàn)壞塊掃描和映射表管理建議在初始化階段完成壞塊掃描建立有效的塊映射表。6.2 電源穩(wěn)定性數(shù)據(jù)手冊(cè)明確指出編程或擦除操作完成前不能斷電否則可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。對(duì)于電池供電的設(shè)備建議增加掉電檢測(cè)PVD功能檢測(cè)到電壓下降時(shí)利用WP#引腳鎖定寫保護(hù)固件中加入電源狀態(tài)監(jiān)控6.3 部分頁(yè)編程限制在同一個(gè)Page內(nèi)連續(xù)的部分頁(yè)編程操作NOP不能超過(guò)4次。如果需要修改少量數(shù)據(jù)建議將整個(gè)Page讀到緩存在緩存中修改數(shù)據(jù)執(zhí)行Page Program寫回而不是反復(fù)對(duì)同一頁(yè)進(jìn)行小數(shù)據(jù)量寫入否則可能觸發(fā)芯片保護(hù)機(jī)制導(dǎo)致操作失敗。6.4 寫保護(hù)功能通過(guò)WP#引腳可以實(shí)現(xiàn)硬件級(jí)別的寫保護(hù)。在存儲(chǔ)關(guān)鍵數(shù)據(jù)如啟動(dòng)代碼、配置參數(shù)的場(chǎng)景下建議合理利用此功能防止異常情況下的數(shù)據(jù)破壞。七、適用場(chǎng)景分析基于上述技術(shù)特征XT26G02C適用于以下場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備光貓、路由器等需要存儲(chǔ)固件和配置數(shù)據(jù)的設(shè)備。SPI接口簡(jiǎn)化了主控選型2Gbit容量足夠存放多版本固件。智能家居與消費(fèi)電子智能音箱、IPC攝像頭等產(chǎn)品需要存儲(chǔ)啟動(dòng)代碼、日志數(shù)據(jù)對(duì)PCB面積有要求WSON8封裝比較合適。工業(yè)控制與儀表工業(yè)級(jí)溫寬-40℃ ~ 85℃和SLC工藝的可靠性適合工業(yè)環(huán)境。內(nèi)置ECC降低了對(duì)主控的要求可以用更低成本的方案。車載電子工作溫度范圍滿足車載需求UID特性有助于設(shè)備管理。八、橫向?qū)Ρ萐PI NAND vs NOR vs 并行NAND對(duì)比項(xiàng)NOR Flash并行NANDSPI NANDXT26G02C接口復(fù)雜度低SPI高8/16位并行低SPI引腳數(shù)量少~8pin多40pin少~8pin最大容量通?！?12Mb大數(shù)Gb2Gb可擴(kuò)展XIP支持支持不支持不支持需ShadowingECC需求不需要主控端實(shí)現(xiàn)內(nèi)置硬件ECC單位成本高低中低擦寫壽命~10萬(wàn)次~5萬(wàn)次SLC~5萬(wàn)次SLC適用場(chǎng)景代碼存儲(chǔ)、XIP大容量數(shù)據(jù)固件存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)SPI NAND填補(bǔ)了NOR和并行NAND之間的市場(chǎng)空白。對(duì)于不需要XIP、但需要幾百M(fèi)B存儲(chǔ)空間的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一個(gè)值得考慮的方案。九、總結(jié)XT26G02C的核心價(jià)值在于小封裝 SPI接口WSON88×6mm走線簡(jiǎn)單適合PCB面積受限的產(chǎn)品內(nèi)置ECC降低主控端軟硬件要求簡(jiǎn)化開發(fā)高速Q(mào)uad SPI104MHz/416Mbit/s滿足大多數(shù)據(jù)吞吐需求SLC工藝可靠性高于MLC/TLC適合工業(yè)場(chǎng)景UID OTP簡(jiǎn)化設(shè)備管理和安全認(rèn)證的實(shí)現(xiàn)當(dāng)然SPI NAND也有它的局限——不支持XIP代碼需要先加載到RAM執(zhí)行壞塊管理需要在驅(qū)動(dòng)層處理部分頁(yè)編程有次數(shù)限制。選型時(shí)根據(jù)具體項(xiàng)目需求權(quán)衡即可。如果項(xiàng)目需要幾百M(fèi)B存儲(chǔ)、對(duì)PCB面積敏感、主控沒(méi)有NAND控制器SPI NAND是一個(gè)合理的選擇。本文技術(shù)參數(shù)基于XT26G02C數(shù)據(jù)手冊(cè)整理具體以官方最新版本為準(zhǔn)。歡迎交流討論。