大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是CFI標准及SLC Parallel NOR。
NOR Flash是嵌入式世界里最常見的存儲器，常常內嵌在微控制器里(Parallel型)或外置作為內存擴展(Serial型)，作為代碼存儲器。對於嵌入式開發而言，NOR主要分為兩大類：Serial NOR、Parallel NOR，最早出現的NOR是Parallel NOR，后來為了簡化引腳數，逐漸發展出了Serial NOR，目前的格局是Serial NOR主要占據低容量NOR市場（128Mb以下），而Parallel NOR主要占據高容量NOR市場（128Mb以上），生產Parallel NOR的廠商有很多，但無論是哪個廠商的Parallel NOR基本上都兼容CFI接口標准，這給軟件驅動開發帶來了便利。
一、CFI-JESD68標准由來
關於NOR Flash發展史，我們知道早在1988年Intel便發表了NOR Flash結構，從此改變了由EPROM/EEPROM一統天下的局面。早期的NOR產品主要是Parallel NOR，作為半導體行業領導大廠，為了使NOR產品發展標准化，Intel於1996年制定了CFI 1.0標准（1.0版本屬於draft版本，正式版本是1997年發布的1.1），CFI標准的存在是為了讓Host能夠從NOR Flash device中直接獲取制造商ID、設備ID、Flash大小以及各種物理特性，從而使得NOR Flash產品在前后兼容性上表現更好，軟件驅動設計也更加標准化。
鑒於CFI已慢慢發展成為NOR Flash事實上的接口標准，JEDEC組織於1999年9月正式將CFI標准命名為JESD68，下表是CFI-JESD68標准制定的時間關系：
| 時間 | NOR標准 | 制定者 |
|---|---|---|
| 1996.07 | CFI 1.0 | Intel |
| 1997.05 | CFI 1.1 | Intel |
| 1999.09 | JESD68 | JEDEC |
| 2001.12 | CFI 2.0 | AMD |
| 2003.09 | JESD68.01 | JEDEC |
Note: CFI-JESD68標准原則上是為Parallel NOR制定的，但是部分Serial NOR也支持這一標准。
二、SLC Parallel NOR原理
2.1 Parallel NOR分類
從軟件驅動開發角度而言，Parallel NOR可以從以下幾個方面進一步細分：
單元層數(bit/cell)：SLC（1bit/cell） / MLC（2bit/cell）
地址模式： ADP / ADM / AADM
數據線寬度：x8 / x16
信號線模式：Asynchronous / Synchronous
數據采集模式：SDR / DDR
接口標准：CFI
本文的主要研究對象是兼容CFI 2.0 (JESD68.01)標准的Asynchronous SDR SLC Parallel NOR Flash。
2.2 Parallel NOR內存模型
NOR內存單元從大到小一般分為如下5層：Device、Block、Sector、Page、Byte，其中Byte、Page和Sector是必有的，因為Byte是讀取的最小單元（即可以任意地址隨機訪問），Page是編程的最小單元，Sector是擦除的最小單元，而Block則不是必有的（如沒有，可認為Block=1）。
Note: 關於Block有一點需要特別說明，即NOR的RWW（Read While Write）特性，我們知道NOR是可以存儲代碼直接原地執行XIP的，如果在某個Block里執行代碼（即CPU從NOR中讀取指令數據）的同時去擦除或編程這塊Block會發生什么情況呢？有些NOR是支持這種RWW操作的，但也有的NOR不支持RWW（此時會產生hardfault/lockup），Block的存在是為了規避RWW問題，RWW問題的作用范圍是Block，如果某Block中執行代碼擦除/編程的是另一塊Block，則完全不用擔憂RWW問題。
2.3 Parallel NOR信號與封裝
CFI手冊里並沒有明確規定Parallel NOR信號線與封裝，但業界有默認的標准，從信號線角度來說NOR和SRAM基本是一樣的，如下是典型的Parallel NOR內部結構圖，除了內存單元外，還有三大組成，分別是控制單元、地址譯碼單元和輸出緩沖單元，信號線主要掛在這三大組成上，關於各信號線具體作用，請查閱相關文檔。
NOR芯片根據Flash size大小不同封裝也不盡相同，以經典的128Mb容量的ADP NOR芯片為例，其封裝一般有三種TSOP-56, TFBGA-56, LFBGA-64，下圖是TSOP-56封裝信號分布：
2.4 Parallel NOR接口命令
CFI手冊里也沒有明確規定Parallel NOR接口命令，同樣地業界還是有默認的標准，如下是從Micron MT28EW系列手冊里截取的部分基本命令，包括Reset、Read、Read CFI、Program(Word program)、Buffer Program、Block(Sector) Erase，涵蓋讀寫擦最基本的三種操作，這些基本命令在主流廠商的NOR產品里都被支持。此外，NOR還支持更多高級命令（Blank Check、security/protect相關，lower power相關等），那些命令因Device而異，不是本文討論重點。
除了讀寫擦這三個最基本命令外，還有一個Data Polling機制也非常常用，這個機制用於獲取命令（主要是Program/Erase）執行狀態與結果，當Program/Erase命令發給NOR device之后，NOR device是通過DQ[7:0]引腳來返回命令執行狀態的，各bit意義如下圖所示，簡單來說DQ3（Erase timer bit）表明操作的開始，DQ5（Error bit）表明操作過程中是否發生硬件錯誤，DQ6（Toggle bit）表明操作是否結束。
下圖為Toggle bit檢測的流程圖，這個檢測流程是最常用的，主要用於確認Program/Erase操作是否成功地執行了。
此外，還有一個必有命令不得不提，這個命令是Read CFI，用於獲取芯片內部存儲的出廠信息（包括內存結構、特性、其他行為參數等），這個query table最多由五部分組成，其結構已由CFI規定如下表，痞子衡已經圈出了一些重要信息，在設計NOR軟件驅動時，可以通過獲取這個query table來做到代碼通用。
2.5 Parallel NOR數據速率
數據存取速率是個重要的技術指標，對於這個指標，CFI手冊里並沒有定義，所以需要根據NOR Flash手冊里的AC characteristics表來確定。以異步模式Read命令為例講解（以Micron生產的型號為MT28EW128ABA為例），下面是Read的兩種模式Random Read和Page Read完整時序簡圖：
從上述時序圖，我們可以知道Page Read平均數據率肯定是比Random Read要高的，那么這兩種數據率分別能達到多少呢？可繼續參看如下時序參數表，tRC最小為70ns，那么Random Read數據率最大為2Bytes/70ns = 228.571Mbps，而tPAGE最大為20ns，那么Page Read的數據率最小為2Bytes / 20ns = 800Mbps。（注：均以x16 Device為例）
如果想快捷地了解NOR Flash的性能，最簡單的就是打開NOR Flash手冊，看首頁的feature介紹，如下是MT28EW128ABA的簡要feature：
• Single-level cell (SLC) process technology
• Density: 128Mb
• Supply voltage
– VCC = 2.7–3.6V (program, erase, read)
– VCCQ = 1.65 - VCC (I/O buffers)
• Asynchronous random/page read
– Page size: 16 words or 32 bytes
– Page access: 20ns
– Random access: 70ns (VCC = VCCQ = 2.7-3.6V)
– Random access: 75ns (VCCQ = 1.65-VCC)
• Buffer program (512-word program buffer)
– 2.0 MB/s (TYP) when using full buffer program
– 2.5 MB/s (TYP) when using accelerated buffer program (VHH)
• Word/Byte program: 25us per word (TYP)
• Block erase (128KB): 0.2s (TYP)
• Memory organization
– Uniform blocks: 128KB or 64KW each
– x8/x16 data bus
• CFI (Common Flash Interface) support
三、SLC Parallel NOR產品
最后痞子衡收集了可以售賣SLC Parallel NOR芯片的廠商及產品系列：
| 廠商 | 芯片系列 | 官方網址 |
|---|---|---|
| Micron | MT28EW, MT28FW | https://www.micron.com parallel-nor-part-catalog |
| Macronix | MX68GL MX29LA, MX29GL, MX29GA, MX29LV MX29VS, MX29NS, MX29SL, MX29F |
http://www.macronix.com parallel-nor-part-catalog |
| Winbond | W29GL | http://www.winbond.com.tw parallel-nor-part-catalog |
| Spansion | S29GL, S29AL, S29AS, S29PL | http://www.cypress.com/ parallel-nor-part-catalog |
| ISSI | IS29GL | www.issi.com parallel-nor-part-catalog |
| Microchip | SST38VF, SST39VF | https://www.microchip.com parallel-nor-part-catalog |
至此，CFI標准及SLC Parallel NOR痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~
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