近十年來，隨著非易失性存儲器概念的發展，解決方案變得越來越復雜，以適應嵌入式系統市場的多種使用模型。

     因為技術特性和成本效益的優勢，非易失性存儲器特別是NAND和NOR兩種閃存產品，在不同的應用市場取得空前的成功。此外，為克服技術限制，追隨技術進步，NAND閃存控制器架構需要與閃存芯片并行化發展，在存儲器芯片上實現高效的數據管理。

     為確保存儲器的簡易移植，降低存儲控制器的復雜程度，增加非易失性存儲器特性變化的透明度，可管理的存儲器概念在很多應用中已變為現實，如汽車、工業、手機和無線通信領域。

     可管理的存儲器概念的問世來自一個簡單的想法：把存儲控制器的一些智能轉移到存儲器上。采用一個可管理的存儲器的直接效果包括：閃存技術變化不影響整個存儲系統變化；功能差異化；因為重新給存儲器分配任務而使得存儲器控制器軟件負荷減輕。

 閃存技術概況

     非易失性存儲器經歷了一個快速發展階段，并產生了各種獨特的技術和架構，能夠適應不同的應用領域。

    其中，閃存技術非常普及，并取得巨大成功。

     閃存技術基本上代表了一類電可擦寫非易失性存儲器，即使斷電或外部控制器關斷電源，閃存也不會丟失片內保存的數據。沿兩條不同的路線發展進化，閃存產生了兩個不同產品家族：NOR和NAND閃存。

      閃存采用浮柵技術把微小信息保存在存儲單元內，在浮柵技術的發展過程中，光刻技術節點被連續地縮小，使芯片尺寸越變越小，成本效益不斷提高。每個存儲單元可以存儲一個位的信息(單級單元，簡稱SLC)或多個位的信息(多級單元，簡稱MLC)。

     存儲單元排列在一起，構成存儲陣列，NOR和NAND擁有不同的存儲陣列結構。每個陣列又組成塊。NAND閃存的塊由頁組成。表1所示是NAND和NOR閃存的基本區別，其中考慮到了最新縮小的技術節點。

     技術上的差異預示著應用上的差異。NOR閃存的快速讀取性能特別適用于實現片內執行代碼(XiP)技術，這種非易失性存儲器用于系統的執行代碼內存或系統啟動內存。

     NAND的寫吞吐量和高密度使其成為大容量存儲應用的必選方案，但是NAND的應用范圍逐漸擴大到代碼存儲應用領域，比如NAND閃存用于保證代碼(操作系統代碼、應用軟件)存在，在多片存儲解決方案中，代碼往往被下載至執行內存內(通常是一個RAM)。

     目前大多數可管理的存儲器解決方案都基于NAND閃存技術。NAND閃存技術可再分為兩種類型：單級單元和多級單元。表2概述了采用相同單元光刻技術的兩類存儲器的某些差異。

     兩類存儲技術的基本差異表明，SLC可能更適用于存儲和下載代碼，因為讀取性能和耐擦寫能力更加優異，而MLC NAND則是所有大容量存儲應用的最佳解決方案。

 NAND閃存錯誤管理機制和數據管理

     1.擦寫粒度不同。一顆NAND閃存芯片必須以頁為單位進行讀寫操作(不過，每個廠商都準許SLC NAND支持數量有限的局部讀寫操作，并對此進行了詳細規定)。擦除操作以塊為單位。此外，每頁在寫數據前必須先進行擦除操作，因此，抽象物理層接口需要一個從邏輯到物理的重新映像策略。

     2.擦寫循環次數。擦寫操作基于一個破壞存儲單元的物理原理(采用高壓的Fowler-Nordheim隧道技術)，因為這種方法沖擊存儲陣列(位、頁或塊)，所以，擦寫循環的次數將受到限制(故稱為器件耐擦寫能力)。為延長存儲器的使用壽命，推薦使用一個均衡使用陣列物理位置的技術(在整個陣列上分配擦寫操作)。

     3.位修改。在讀寫操作過程中，某些技術限制可能導致一定數量的位被修改，利用錯誤檢測糾正算法可以使這些位恢復正常，使SLC NAND的擦寫循環達到100,000次，MLC NAND的擦寫循環達到10,000次。在一次頁讀取操作過程中，這些算法可以檢測和校正一定數量的位錯誤。校正能力(最大可校正位數量)是一個由廠商定義的參數，因為這個參數與技術的關系非常密切，光刻技術節點縮小可能會改進這個參數。

     4.壞塊。在完成制造階段后，某些陣列位置可能會被破壞，導致芯片上出現所謂的壞塊。壞塊分類如下：

     出廠后壞塊：因制程而引起的外部應用不能使用的閃存壞塊。當產品出廠時，塊 ‘0’始終是正常塊(例如，用于存儲引導代碼)。

     在使用過程中變成壞塊的塊：當擦寫操作失敗時，就會發現這些塊是壞塊。為保證內容的完整性，必須更改含有內容的塊，把內容復制到另一個存儲位置。

     如果系統含有一個存儲數據和代碼的NAND閃存，設計人員就必須采用一個適合的閃存數據管理機制，以解決所有這些技術限制。數據管理是一套用軟件程序或硬件塊實現的算法(見表3)。

可管理的存儲器概念

    在NAND閃存技術的發展過程中，存儲器控制器曾呈現日益復雜化趨勢。為解決這個問題，可管理的存儲器解決方案近年來在不同的系統中日漸盛行。這種解決方案有以下幾個主要特性：內部架構由控制器和閃存芯片組成；閃存數據管理算法嵌入在系統內，由內部控制器執行；標準化接口，可與外部存儲器控制器通信，例如，e-MMC(JEDEC組織定義的多媒體卡接口)定義了總線特性和通信協議；附加特性（在寫操作過程中發生斷電事件時可保護數據完整性的安全算法等）(見圖1)。

 本文小結

     選用可管理的非易失性存儲器解決方案具有明顯優勢和直接效果，體現在：NAND閃存技術變化不影響整個系統；閃存廠商獨立共存；移植性；互操作性；存儲控制器上軟件負荷降低；可擴展性。

     概括地說，與非易失性存儲器技術變化(光刻節點縮小、更高的查錯和糾錯要求和存儲2位以上信息的多級單元)相關的一些因素，必然導致使用控制器解決所有這些技術問題，因此可管理的存儲器概念應運而生。

     此外，市場對手機產品和無線通信系統的需求越來越高，例如要求更高的傳輸帶寬、更低的功耗、不同使用模式共存(即代碼執行和海量存儲)等等。存儲器控制器可以滿足這些需求，在一個專用架構內，存儲器控制器能夠適時地管理閃存芯片。