[发明专利]一种多通道NandFlash控制器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及闪存技术领域，尤其涉及一种多通道Nand Flash控制器及其控制方法。

背景技术

NAND Flash是一种块页式结构的非易失性存储器，其存储空间由若干存储块（Block）组成，每个存储块由若干存储页（Page）组成。存储页可以分为两个存储区，较大的是数据区，用于存放数据，较小的是spare区，通常用于存放ECC校验码等信息。以Micron公司的32Gb闪存芯片MT29F32G08ABCAB为例，数据的组织单位为LUN，每个LUN包括两个Plane，每个Plane包含2048个block，每个block包含128个page，每个page包含8kB的数据区和448B的spare区。

NAND Flash结构能提供极高的单元密度，可以达到很高的存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND Flash的困难在于Flash的管理和使用需要特殊的系统接口。

Nand Flash的操作具有以下特点:

1）存储结构为块页式，存储空间分为多个块，每个块分为多个页；

2）读操作以页为单位，可以随机读取任意位置的页；

3）写操作以页为单位，需要按照块中页的顺序写入。写过的页不能重复写数据，必须先进行擦出操作才能再次写入；

4）擦除操作以块为单位；

5）每一个块的写和擦除操作有最大次数限制，超过限制后产生坏块的概率增加，在正常操作时也会有一定概率产生坏块；

6）读取的数据有一定概率会产生几个比特的错误，需要设计纠错码纠正错误。

NAND Flash的这种特殊的块状结构有利于其存储密度的提高，却使其不能够像一般存储器那样直接访问，需设计专用的控制方法。对NAND Flash的控制一般分为两个层次：用逻辑实现其底层时序的控制，用软件实现复杂的算法设计。前者一般称为NAND Flash控制器。

NAND Flash控制器的主要作用包括：

1）实现Nand Flash接口控制时序，将Nand Flash指令翻译成对应的时序；

2）写入数据时生成ECC校验数据和读取数据进行校验和纠错功能；

3）为软件提供简单的控制接口，

4）实现流水线操作和数据的DMA传输以提高性能；

现有的Nand Flash控制器的结构一般包括核心状态机、数据缓存、Ecc生成与校验模块和IO时序电路模块；其中，核心状态机解析外部指令，并控制内部各个模块协调工作；数据缓存用于存储从Nand Flash中读取或准备写入Nand Flash的数据；ECC生成与校验模块用于在写入数据时生成ECC校验码，并写入Nand Flash，在读取数据时校验读取的ECC码；IO实现电力用于产生满足Nand Flash接口时序要求的各个引脚信号。

现有技术中Nand Flash芯片的组织方式包括一下三种形式：

1.采用N片并行的方式组织Nand Flash（即各Nand Flash芯片的控制线和片选信号公用，数据线各自独立），这种组织方式，其存在以下缺点：

1）所用控制器的逻辑复杂度与控制单片Nand Flash的相同，但数据位宽度需要增加N倍；

2）控制器的IO引脚占用非常多；

3）需要大量缓存，其需求量是单片Nand Flash的N倍；

4）最小读写单元是单片的N倍，对于读写小数据效率极低；

5）无法减少NF接口读写擦指令中的等待时间。

2.采用M级流水的方式组织Nand Flash（即各Nand Flash芯片的控制线和数据线公用，片选信号各自独立），这种方式在顺序读、写数据时能够提高性能，但是在读写擦指令随机顺序请求时，控制器则无法实现流水操作。

3.采用N级并行M级流水方式组织Nand Flash，这种组织方式是上述两种情况的简单组合，上述两种方式的优缺点在这种组合方式中也都存在。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种多通道Nand Flash控制器及控制方法，其解决现有技术无法处理指令随机请求的情况，减少控制器占用缓存空间，同时简化上层控制接口。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多通道Nand Flash控制器，包括总线接口模块、指令接收模块、指令处理模块、IO接口时序模块、数据传输模块；

所述总线接口模块，其与指令接收模块或数据传输模块连接，用于实现控制器与外部系统总线的命令及数据交互；