论文导读：提出了一种基于闪存的大容量高速存储系统的设计方案。根据K9K8G08U0M型NAND Flash芯片自身的结构特性，采用位扩展、并行分路、及多通道流水线技术，用相对小容量、低速的Flash存储器实现了大容量高速度的存储器
关键词：NANDFlash，多通道流水线，大容量高速
1. 引言
本文的项目背景是企业一个大容量半导体闪存控制器的预研方案，而如何扩大容量，提高闪存存储速度是研究中的一个重要部分。以半导体作为记忆载体Flash芯片，比传统的磁存储设备更能承受温度的变化、机械的振动和冲击，可靠性更高，易于实现高速度、低功耗和小型化，日趋成为存储器的主流。它分为NOR 和NAND两种类型。与NOR型相比，NAND型具有存储密度更高、功耗更低、芯片引脚兼容性更好和成本效益更高等优点，在计算机及多媒体消费类电子产品中得到广泛应用。而现在单个NAND Flash芯片的存储容量比较小，读写速度也比较慢，因此，开发出高速、大容量的存储系统就显得尤为重要。本文将从NAND Flash的结构特性出发，对扩大闪存容量，提高存储技术进行探讨。由于NAND Flash有多个生产厂商，产品之间有一些差异，本文采用现在市面上流行的三星K9K8G08U0M[1]高密度NAND Flash 存储芯片，这样研究就有了很好的现实意义及实用价值。
2. K9K8G08U0M型NAND Flash芯片内部组成
图1 K9K8G08U0M芯片内部逻辑结构图
3. 扩展容量--多通道高带宽Flash存储阵列
图2 存储阵列组织结构示意图
4 提高存储速度方法探讨
4.1 并行总线及并行分路技术[4]
并行总线技术亦称拓宽总线技术，也即上节所提到的位扩展技术，即通过拓宽数据总线的宽度实现数据宏观上的并行操作。免费论文。比如, 由4块8bit数据总线的芯片组成一个32 bit宽的存储模块, 它们共用相同的控制信号, 包括片选信号、读写信号、地址信号等。免费论文。存储模块总是被看作一个整体而进行相同的操作, 只是数据加载的时候是不同的数据。这样，数据量将是使用一块芯片时的4倍, 所以理论上速度也将是非并行时的4倍。时分多路复用通信，是指各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信，具体说，就是把时间分成一些均匀的时间间隙，将各路信号的传输时间分配在不同的时间间隙，以达到互相分开，互不干扰的目的。借鉴时分多路复用通信技术, 可以将输入存储系统的高速数据流看作是以传输一个字所需的时间为一个时间片, 不同的时间片传输不同数据的时分多路数据复用。这也是下面要详细说明流水线技术的基本原理。
4.2 多通道流水线技术
流水线技术是一种非常经济、对提高处理机的运算速度非常有效的技术，它依据的是时间并行性。存储系统采用流水处理技术有两个前提条件：首先，在前一个I/O命令没有完全结束之前，系统能获取下一个I/O命令的有关信息；其次，不同部件应能同时操作，资源不发生冲突。由NAND Flash的写时序图分析可得，NAND Flash写入操作可分为3个步骤[3] ：首先，加载操作，即完成命令、地址和数据的载入工作；其次，自动编程操作，即由闪存芯片自动完成编程操作，将载入到页寄存器的数据写到内部存储单元的；最后，检测操作，即在自动编程结束后检测写入的数据是否正确。如果不正确，需要重新编程；如果正确，继续下一步的操作。
在写入自动编程命令后，NAND Flash提供专门的R /B#输出信号变低，指明当前正在进行内部编程操作，进入自动编程状态后的典型时间为700μs，远远超过前面的加载操作部分，当自编程操作完成后，R /B #变高，因此，对NAND Flash的操作满足流水线要求，可对写操作采取流水操作。免费论文。而用几级流水才能使得系统能够最高效的运行，下面来进行分析：
图3 存储器写操作流水方式
采用八级流水后的写速度计算[3] ,写入速度=（1页数据量×并行操作芯片数量×流水级数）/（加载时间×流水级数+自编程时间+检测时间），可得理论写速度为45MB / s。
5 总结
NAND Flash存储密度大，功耗小，可靠性高，体积小重量轻且成本也在不断降低，今后拥有非常广阔的市场。本文主要从芯片自身的结构特性出发，从硬件的角度采用位扩展、并行总线、及流水线技术对提高NAND Flash存储容量和速度进行了探讨。同时在提高闪存容量的速度方面的探讨还可以涉及到Flash纠错算法（ECC），地址映射表[4]，Flash文件系统优化算法等等，这些都有待在今后的工作中进行研究。
参考文献:
[1] K9 K8G08U0M Advanced FLASH Memory Data Sheet SAMSUN G Electronics , 2007.
[2] 张锐.高速大容量存储系统的研究和设计. 航空计算技术, 2008. 7.
[3] 李敏杰等. 基于SOPC 高密度固态存储系统的研究与实现[ J ].微计算机信息.2007.
[4] 李超. 高速大容量FLASH 存储系统设计[ J ].火控雷达技术, 2007(3).
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