Nand Flash讀寫速度的計算方法

在下面的部分，我們以Micron的Nand Flash芯片為例，看一下Nand Flash的訪問速度(Write / Read)是如何計算的？我們可以利用Datasheet提供的Read / Program / Erase操作時序圖進行逐項累加，并通過一定的公式推導來完成。

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以下圖為例，這是一個相當復雜的圖示。它包含兩部分(target)。每個target有兩個LUNs (Logic Unit)。每個都是完全獨立的。但LUNs can do interleaved operations.?如下圖所示：LUN1 和LUN2?在同一個target中。這樣的好處是：最大化帶寬和降低干擾。

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上述設備的參數具體情況如下：

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下面以Synchronous Interface為例進行Nand Flash訪問速度的計算：

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1.?Read operation

<1> Read a single page

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消耗時間計算如下:

7 * tCAD (Send address and command) + (tWB + tR) (Read data from the NAND Flash Array into the data register) + tdqs * 4320(Transfer a page of data out)

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tCAD = 25ns

tWB = 100ns

tR = 25us

tdqs = 0.5 tCK (minimum)

tCK = 12ns (minimum)

Total Time: 7 * 25ns + 100ns + 25000ns + 0.5 * 12ns * 4320 = 51195ns

Data Transferred: 4320 bytes

Bandwidth: 4320 bytes /?51.195us =?84.4MB/s

主要特性:

1)?頁大小為: 4K + 224 Bytes。

2)?采用DQS的上升沿和下降沿同時采集數據來進行傳輸。

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<2>? 2 LUN Four-plane page read

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The time needed:

[?(7 * tCAD + tWB + tDBSY) * 3 + (7 * tCAD + tWB + tDBSY) * 3 + (7 * tCAD + tWB) + (7 * tCAD + tWB + tR)?+ [(7 * tCAD + tCCS + tDQSCK + tdqs?* 4320)] * 8

Note:

tCAD = 25ns

tWB?= 100ns

tDBSY = 0.5us?= 500ns

tR = 30us?= 30000ns (for multi-plane read)

tdqs = 0.5tCK

tCK = 12ns

tCCS = 200ns

tDQSCK = 20ns

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tTime = [?(175ns?+ 100ns?+ 500ns) * 3 + (175ns?+ 100ns?+ 500ns) * 3 + (175ns?+ 100ns) +?(175ns?+ 100ns?+ 30000ns)?+ [(175ns + 200ns + 20ns + 0.5 * 12ns * 4320)]?* 8

??????????= 2325ns + 2325ns + 30550ns + 210520ns

??????????= 245720ns

Data?transferred: 4320 * 4 * 2 = 34560bytes

Bandwidth: 34560 bytes / 245.720us =?140.6MB/s

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<3> Device that?has 2 independent targets

每個target是完全獨立的，因此相應的速度在理論上為倍數關系。

此種情況下的訪問速度為倍數關系: 2 * 140.6MB/s =?281.2MB/s.

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2.?Program operation

<1> Single program operation

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寫操作的時間消耗為：

6 * tCAD?(Send address and command) + tADL + tDQSS + tdqs?* 4320(Transfer the data into the Flash)?+ tCAD (Program confirm command)?+ tWB + tPROG (Program the Flash Array time)?=

?

tCAD = 25ns

tADL = 70ns (Minimum)

tDQSS = 0.75tCK(minimum)

tdqs = 0.2tCK (minimum)

tWB = 100ns

tPROG = 160us

tCK = 12ns

tTime = 150ns + 70ns + 0.75tCK + 0.2tCK * 4320 + 25ns + 100ns + 160us =

??????= 150ns + 70ns + 9ns + 10368 ns + 25ns + 100ns + 160000ns = 170728ns

??????= 170.722us

Data transferred:?4320bytes

Bandwidth = 4320bytes / 170.722us = 25.3MB/s

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<2>? 2 LUN?Four-plane?program operation

先送命令和數據到4 planes,然后執行寫操作。

整個寫的時間消耗為:

[tCAD + 4 * tCAD + tADL + tDQSS + tdqs * 4320 + tCAD + tWB + tDBSY] * 3 +

[tCAD + 4 * tCAD + tADL + tDQSS + tdqs * 4320 + tCAD + tWB] +

[tCAD + 4 * tCAD + tADL + tDQSS + tdqs * 4320 + tCAD + tWB + tDBSY] * 3 +

[tCAD + 4 * tCAD + tADL + tDQSS + tdqs * 4320 + tCAD + tWB + tPROG] =

= [tCAD + 4 * tCAD + tADL + tDQSS + tdqs * 4320 + tCAD + tWB + tDBSY] * 6 +

_?[tCAD + 4 * tCAD + tADL + tDQSS + tdqs * 4320 + tCAD + tWB]?* 2 +

tPROG

?

?

?

tCAD = 25ns

tADL = 70ns(Minimum)

tDQSS = 0.75tCK

tdq = 0.2tCK

tCK = 12ns

tPROG = 160000ns

tDBSY = 500ns

tWB = 100ns

Total time needed:

[125ns + 70ns + 0.75?* 12ns?+ 0.2?* 12ns?* 4320 + 25ns?+ 100ns + 500ns] * 6?+

[125ns + 70ns + 0.75?* 12ns?+ 0.2?* 12ns?* 4320 + 25ns?+ 100ns] * 2?+ 160000ns

= 67182ns + 21376?+ 160000ns = 248558ns

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Data transferred: 4320?bytes?* 4?* 2?= 34560?bytes

Bandwidth:?34560?bytes / 248.558?us = 139.0MB/s

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<3> Device that has 2 targets

每個target是完全獨立的，因此相應的速度在理論上為倍數關系。

即：139.0 MB/s * 2 =?278.2MB/s

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3.?Erase operation

<1> Erase a?single?block (See Figure 78 at page 99)

Erase的時間消耗為：

5 * tCAD (Send command and block address)?+ tWB + tBERS?(Block erase time)

?

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tCAD = 25ns

tWB = 100ns

tBERS = 3ms

tTime = 5 * 25ns + 100ns + 3000000ns = 3000225ns = 3000.225us

Data erased: 128 pages * 4320 bytes/page = 552960bytes

Bandwidth = 552960 bytes / 3000.225us = 184.3MB/s

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<2> 2 LUN Erase 4-plane block?operation

整個Erase操作的時間消耗為:

(5 * tCAD + tWB + tDBSY) * 3 + (5 * tCAD + tWB) +

(5 * tCAD + tWB + tDBSY) * 3 + (5 * tCAD + tWB + tBERS)?=

?

?

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tCAD = 25ns

tWB = 100ns

tDBSY = 0.5us?= 500ns

tBERS = 3ms?= 3000000ns

?

tTime = 6?* (125ns + 100ns + 500ns) + (125ns + 100ns)?* 2 + 3000000ns

??????= 4350ns + 450ns +3000000ns

??????= 3004800ns = 3004.800us

Data Erased: 2 * 128 pages * 4320 bytes/page * 4 planes = 4423680?bytes

Bandwidth = 4423680 bytes / 3004.8?us = 1472.2MB/s

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<3> Two target 4-plane erase operation

每個target是完全獨立的，因此相應的速度在理論上為倍數關系。

即：2 * 1472.2MB/s =?2944.4 MB/s

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寫狀態：

首先將壞塊管理中的地址與當前塊地址對照，排除無效塊。

?????無效塊讀時鐘置0，定義輸出地址信號從輸出地址端口輸出

?????無效塊讀時鐘置1，輸出地址加1，將當前地址下的數據輸出（此處的數據就是存儲的無效塊地址），判斷如果壞塊管理中心輸出的壞塊地址大于當前訪問的塊地址，則證明該地址為有效塊（壞塊肯定是少數，如果不是第一塊則就是后面的，地址肯定大于當前有效塊地址）

命令80H或者81H

之后寫五個循環地址，

之后等待一個ADL時間，

然后將一頁4K的數據從fifo中輸入到flash中

???讀fifo時鐘置1，保證fifo寫地址大于讀地址（此處fifo讀地址就是我們當前flash的寫地址），flash寫有效，flash數據口輸出當前fifo數據寫完一個字節，讀fifo時鐘置0，也就是說在讀fifo時鐘為1的時候才能進行fifo數據的往flash中的寫操作。Fifo讀地址加1，且4k字節計數加1，Flash寫鎖存關閉，讀fifo時鐘置1，判斷4k字節是否寫完，如果沒寫完則繼續寫，如果寫完4K字節，則

命令11H或者10H

寫無效命令無效，如果是0面則等待tDBSY，面加1，如果是1面則直接面加1，加1后沒有到第111層，則繼續寫該層該頁的地址讀該頁的數據。如果到了第111層，則加頁再執行0到7層的頁寫。如果64頁寫滿了，塊地址加1，塊地址加之后需要判斷是否為無效塊，再進行頁寫。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的NAND FLASH读写速度计算方法详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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