关于nand flash存储空间管理和文件管理方法的研究

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1、NANDFlash存储空间和文件存储的管理方法关于NANDFlash存储空间管理和文件管理方法的研究随着信息家电和移动通信的蓬勃发展,Flash存储卡获得了广泛的应用。存储卡主要应用于智能电话、数码相机、PDA、数字录音机、MP3播放器、手机、电动玩具等相关领域。在人们不断追逐更高品质生活的过程中，存储卡的容量和其他性能呈现飞速提升的趋势。Flash存储卡就像是一部数码设备的“大脑”，无论精美的照片，还是动听的音乐，都是通过存储卡作为储存介质。Flash存储卡由Flash存储芯片和存储卡控制器芯片这两部分的集成电路组成，其中，Fl

2、ash芯片是存储卡的存储实体。Flash是一种基于半导体的存储器，具有系统掉电后仍可保留内部信息，及在线擦写等功能特点，是一种替代EEPROM存储介质的新型存储器。因为它的读写速度比EEPROM更快，在相同容量的情况下成本更低，因此闪存Flash成为移动存储卡的主要存储介质。然而，由于Flash本身的存储结构特点和特殊的读写存储的编程特点，有必要对Flash的存储空间以及存储的文件进行合理的管理，使得整个存储系统的性能得到进一步的改善。下面，我们首先介绍一下Flash的基本特点，然后针对这些特点来分析管理NANDFlash存储空间

3、和管理文件的基本方法。1FlashMemory简介FlashMemory被广泛地运用于简单、快捷的信息存储领域，以及我们所涉及的中量存储应用。它良好的稳定性近似于硬盘，而并非一种随机存储器。事实上，FlashMemory被看作一种静态存储设备，静态是指其所有的部件都是固定的、电子的，而非机械的。这一部分，我们介绍FlashMemory存储原理、两类主流Flash的特点比较以及应用NANDFlash需要注意的问题，这三个方面的问题是对NANDFlash进行存储空间管理和文件管理的理论基础。1.1FlashMemory存储原理当今的闪

4、存FlashMemory是EPROM和EEPROM技术结合的产物。要介绍FlashMemory的存储原理，还是先从EPROM和EEPROM的原理入手。EPROM是指其中的内容可以通过特殊手段擦去，然后重新写入的只读存储器。其基本单元电路如下图1所示：第20页共20页NANDFlash存储空间和文件存储的管理方法图1EPROM存储单元EPROM常采用浮空栅雪崩注入式MOS电路，简称为FAMOS。它与MOS电路相似，是在N型基片上生长出两个高浓度的P型区，通过欧姆接触分别引出源极S和漏极D。在源极和漏极之间有一个多晶硅栅极浮空在SiO

5、2绝缘层中，与四周无直接电气联接。这种电路以浮空栅极是否带电来表示存“1”或者“0”，浮空栅极带电后（譬如负电荷），就在其下面，源极和漏极之间感应出正的导电沟道，使MOS管导通，即表示存入“0”。若浮空栅极不带电，则不形成导电沟道，MOS管不导通，即存入“1”。EEPROM基本存储单元电路的工作原理如下图2所示：图2EEPROM基本存储单元等路的工作原理与EPROM相似，它是在EPROM基本单元电路的浮空栅的上面再生成一个浮空栅，前者称为第一级浮空栅，后者称为第二级浮空栅。可给第二级浮空栅引出一个电极，使第二级浮空栅极接某一电压V

6、G。若VG为正电压，第一浮空栅极与漏极之间产生隧道效应，使电子注入第一浮空栅极，即编程写入。若使VG为负电压，强使第一级浮空栅极的电子散失，即擦除，擦除后可重新写入。闪存的基本单元电路如下图3第20页共20页NANDFlash存储空间和文件存储的管理方法所示，与EEPROM类似，也是由双层浮空栅MOS管组成。但是第一层栅介质很薄，作为隧道氧化层。写入方法与EEPROM相同，在第二级浮空栅加以正电压，使电子进入第一级浮空栅。读出方法与EPROM相同。擦除方法是在源极加正电压利用第一级浮空栅与源极之间的隧道效应，把注入至浮空栅的负电荷

7、吸引到源极。由于利用源极加正电压擦除，因此各单元的源极联在一起，这样，快擦存储器不能按字节擦除，而是全片或分块擦除。图3快擦写存储器基本单元等效电路随着半导体技术的改进，闪存也实现了单晶体管（1T）的设计，主要就是在原有的晶体管上加入了浮动栅和选择栅，下图4就是NAND型闪存的晶体管结构：图4NAND型闪存的晶体管结构第20页共20页NANDFlash存储空间和文件存储的管理方法由上图可知，在源极和漏极之间电流单向传导的半导体上形成贮存电子的浮动栅。浮动栅包裹着一层硅氧化膜绝缘体。它的上面是在源极和漏极之间控制传导电流的选择/控制

8、栅。数据是“0”或“1”取决于在硅底板上形成的浮动栅中是否有电子。有电子为“0”，无电子为“1”。闪存在写入数据之前先对其进行初始化，具体的说就是从所有浮动栅中导出电子，将所有存储单元变成数据“1”。写入时只有数据为“0”时才进行写入，数据为“1”