Память с электрическим стиранием — Еерrом и флэш-память (стр. 4 )

BA = Block Ackiress — адрес блока:

РВА = Page Buffer Address — адрес внутри буфера;

RA = Extended Register Address — адрес дополнительного регистра (BSRx иди GSR);

WA = Write Address - адрес во флэш-массиве.

А0 указывает на порядок следования байт в режиме х8 (при низком уровне BYTE#):

0 - сначала младший, затем старший: 1 = наоборот.

Данные:

AD = Array Data - данные из массива:

PBD = Page Buffer Data - данные буфера:

WD (L, H) = Write Data (Low. High) - данные для записи в массив;

BSRD = BSR Data - информация регистра состояния блока:

GSRD = GSR Data - информация глобального регистра состояния.

Счетчики:

WC (L, H) = Word Count (Low, High) - счетчик слов. WCL=0 соответствует записи одного слова. Для буфера 256 байт WCH=0.

ВС (L, H) = Byte Count (Low, High) - счетчик байт. WCL=0 соответствует записи одного байта.

Для буфера 256 байт WCH=0.

Микросхема 28F032SA представляет собой два параллельно соединенных кристалла 28F016SA в одном корпусе. Входы СЕ# одного из них соединены с выводами СЕ0# и СЕ1# второго - с СЕ0# и СЕ2#.

Флэш-память третьего поколения

Современные микросхемы, выполненные по технологии SmartVoltage, допускают стирание и программирование при напряжении Vpp как 12 В, так и 5 В. В последнем случае эти операции занимают больше времени. Кроме того, операции чтения возможны при пониженном (3,3 и даже 2,7 В) напряжении питания Vcc, при этом снижается потребление, но увеличивается время доступа.

Для управления защитой данных введен логический сигнал WP# (Write Protect). При его высоком уровне программирование и стирание защищенных блоков выполняются так же, как и остальных. При низком уровне WP# модификация защищенных блоков возможна только при наличии высокого (12 В) напряжения на входе RP^.

Для полной защиты от стирания и программирования на вход Vpp должен подаваться низкий логический уровень (или О В), а не 5 В, как у микросхем с 12-В программированием.

Настройка (оптимизация потребления и быстродействия) происходит по уровню напряжения на выводе Vcc по включении питания, переход на другое значение должен производиться через выключение питания. Сориентироваться в микросхемах класса Boot-Block помогут табл. 5.36 и 5.37.

Таблица 5.36. Питание микросхем флэш-памяти

Обозначение микросхемы	Vpp, В	Vcc, B
28FxxxBV, 28FxxxCV	5 или 12	3,3 или 5
28FxxxBH, 2ЙЬ'хххСН	5 или 12	2,7 или 5
28FxxxBX. 2SFxxxBN	12	5
28FxxxBL	12	5 или 3,3

Таблица 5.37. Организация и идентификация микросхем Boot block 28Fxxx

xxx	Емкость, бит	Boot, Кб	Parm, Кб	Main, Кб	D_Id-T	D_Id-B
001	128Kx8	8	2х4	128	94h	95h
002	256Кх8	16	2х8	9	7Ch	7Dh
200	256Кх8/128Кх16	16	2х8	96 + 128	2274h	2275h
004	512Кх8	16	2х8	96 + 3х128	78h	79h
400	512Кх8256Кх16	16	2х8	96 - 3х128	4470h	4471h
008	1Мх8	16	2х8	96 + 7х128	98h	99h
800	1Мх8/512Кх16	16	2х8	96 + 7х128	889Ch	889Dh

Boot, Main, Parm — количество и размеры Boot-блока, основных блоков и блоков параметров. D_Id-T и D_Id-B — идентификаторы устройства для микросхем с верхним и нижним расположением Boot-блока. Для фирмы Intel код производителя M_Id=89h.

Флэш-память фирмы AMD

Фирмой AMD выпускается несколько семейств микросхем флэш-памяти. Первые из них были близки по характеристикам к флэш-памяти Intel первого поколения (Bulk Erase, 12-В стирание и программирование): это Am28F256/512/ 010/020, имеющие 32/64/128/256 8-битных ячеек в едином массиве. В отличие от аналогичных микросхем Intel, Am28F256/512 не имели стол-таймера, что требовало обеспечения точной выдержки при программирования и стирании. Следующим этапом были микросхемы Am28F256A/512A/010A/020A со встроенным алгоритмом программирования, отличающимся от алгоритма микросхем Intel второго поколения как последовательностью команд, так и способом определения окончания операций. Состояние выполнения операций стирание или программирование определяется по результату данных, полученных в шинном цикле чтения по адресу ячейки, участвующей в операции. При этом для определения окончания операций может использоваться метод Data# Polling пли Toggle Bit. Метод Data# Polling основан на анализе бита DQ7 считанных данных. В начале выполнения внутреннего цикла он устанавливается инверсным по отношению к тому, что должно быть записано в ячейку. По успешному окончанию операции он принимает желаемое значение (при стирании — 1). Метод Toggle Bit основан на анализе бита DQ6, который при каждом шинном цикле считывания во время выполнения операции меняет свое значение на противоположное. По окончании операции он остановится в каком-либо состоянии, при этом об успешности можно судить по биту 7. Единичное значение бита DQ5 — Exceeded Timing Limits — указывает на превышение допустимого времени выполнения операции.

Микросхемы семейства Am29Fxxx выполняют все операции при одном питающем напряжении 5 В и имеют секторированную структуру (Sector Erase)? симметричную (аналогично Flash File) или несимметричную (Boot Block). С помощью программатора каждый сектор может быть защищен от модификации в целевой системе (в отличие от Intel способ установки и снятия защиты фирмой AMD широко не раскрывается). По расположению выводов и интерфейсу микросхемы соответствуют стандарту JEDEC для флэш-памяти с одним питающим напряжением. Для защиты от случайного выполнения цепочки команд состоят из 3-6 шинных циклов, причем для них существенен и адрес. Микросхемы позволяют выполнять одновременное стирание группы секторов.

К микросхемам с симметричной архитектурой относятся следующие:

Am29F010 1 Мбит (128Кх8) Am29F040 4 Мбит (512Кх8) Am29F080 8 Мбит (1Мх8) Am29FМбит (2Мх8)

К микросхемам с несимметричной архитектурой с верхним (Т) и нижним [/13) положением Boot-блоков относятся следующие:

Am29F002NT/Am29F002NB 2 Мбит (256Кх8) Am29F002T/Am29F002B 2 Мбит (256Кх8) Am29FIOOT/Am29F100B 1 Мбит (128Кх8/64Кх16) Am29F200AT/Am29F200AB 2 Мбит (256Кх8/128Кх16) Am29F400AT/Am29F400AB 4 Мбит (512Кх8/256Кх16) Am29F800T/Am29F800B 8 Мбит (1Мх8/512Кх16)

Все эти микросхемы, кроме Am29F010, имеют возможность приостанова стирания сектора (Erase Suspend) для выполнения чтения других секторов, а Am29F080/016 позволяют и программировать байты во время приостанова стирания. Назначение шинных циклов для команд микросхемы Am29FOIO, имеющей 8 секторов по 16 Кбайт, приведено в табл. 5.38.

Таблица 5.38. Команды флэш-памяти Am29F010

^'"^

Команда

Количество циклов

1-й цикл

2-й цикл

3-й цикл

4-й цикл

5-й цикл

6-й цикл

Addr

Data

Addr

Data

Addr

Data

Addr

Data

Addr

Data

Addr

Data

Reset/Read

3

5555h

AAh

2AAAh

55h

5555h

F0h

Autoselect

3

5555h

AAh

2AAAh

55h

5555h

90h

XX00h/XX01h

01h/20h

Byte Program

4

5555h

AAh

2AAAh

55h

5555h

A0h

PA

PD

Chip Erase

6

5555h

AAh

2AAAh

55h

5555h

80h

5555h

AAh

2AAAh

55h

5555h

10h

Sector Erase

6

5555h

AAh

2AAAh

55h

5555h

80h

5555h

AAh

2AAAh

55h

SA

30h

PA = адрес программируемой ячейки.

SA = адрес стираемого сектора (значимы биты А16, А15 и А14).

PD = данные для записи в программируемую ячейку.

В командах значение бит А15, А1б существенно только при задании адреса ячейки. Назначение команд:

-  Reset/Read — сброс и перевод в режим считывания массива. Производится автоматически по включении питания и при получении некорректной команды (или адреса) в цепочке.

-  Autoselect — чтение кодов идентификации производителя (А=0), устройства (А=1) или состояния защиты сектора (биты А16-А14 задают адрес сектора, А2=1, остальные биты адреса — нулевые). Результат считывания состояния защищенного сектора — 01h, незащищенного — 00h. Идентификаторы и состояние защиты могут быть считаны и с помощью подачи высокого напряжения на вход А9 в шинном цикле считывания.

-  Byte Program — программирование байта. После четвертого цикла шины начинается внутреннее выполнение программирования, при этом чтение по адресу программируемой ячейки выводит биты состояния.

-  Chip Erase - стирание всех незащищенных секторов. На время выполнения стирания чтение по любому адресу (кроме принадлежащих защищенным секторам) выводит биты состояния.

-  Sector Erase - стирание сектора - или группы секторов. Стирание начинается через 80 мкс после окончания последнего шинного цикута цепочки. До этого момента можно посылать цепочки команд стирания других секторов, выполнение начнется через 80 мкс после окончания последней цепочки. Если среди указанных секторов имеется защищенный, его стирание не выполняется. На время выполнения стирания чтение по адресу любого из стираемых секторов (кроме защищенных) выводит биты состояния. Бит DQ3 — Sector Erase Timer — указывает на начало выполнения стирания сектора (очередную последовательность команд стирания сектора можно начинать, пока бит 3-0).

Следующим этапом является секторированная флэш-память Am29LVxxx с одним питанием 3,0 В для всех операций. У этих микросхем защита любого сектора также устанавливается с помощью программатора стандартной EPROM и возможно временное снятие защиты в целевой системе. Кроме программной (биты состояния) индикации окончания операции имеется и аппаратная (сигнал RY/BY). Также имеется сигнал аппаратного сброса, переводящий в режим чтения.

Несимметричную архитектуру с верхним (7) и нижним (В) положением Boot-блоков имеют следующие микросхемы:

Am29LV002T/Am29LV002B 2 Мбит (256Кх8) Am29LV004T/Am29LV004B 4 Мбит (512Кх8) Am29LV008T/Am29LV008B 8 Мбит (1Мх8) Am29LV200T/Am29LV200B 2 Мбит (256Кх8/ 128Кх16) Am29LV400T/Am29LV400B 4 Мбит (512Кх8/ 256Кх16) Am29LV800T/Am29LV800B 8 Мбит (1Мх8/ 512Кх16)

Симметричную архитектуру имеет микросхема:

Am29LV081 8 Мбит (1Мх8)

Флэш-память других фирм

Микросхемы флэш-памяти выпускаются многими фирмами. Они различаются по организации, интерфейсу, напряжению питания и программирования, методам защиты и другим параметрам. Лидеры в области разработки и производства флэш-памяти - фирмы AMD, Fujitsu Corporation, Intel Corporation и Sharp Corporation летом 1996 года приняли спецификацию CFI (Common Flash Interfase), обеспечивающую совместимость разрабатываемого программного обеспечения с существующими и разрабатываемыми моделями флэш-памяти. В большинстве изделий используются основные принципы, описанные при рассмотрении микросхем Intel и AMD. Основные тенденции развития - повышение объема, снижение напряжений питания и потребляемой мощности, повышение производительности и упрощение внешнего интерфейса для операций стирания и программирования.

Микросхемы с буферированным программированием или страничной записью (Fast Page Write) могут не иметь в своей системе команд отдельной операции стирания сектора. Внутренняя операция стирания (и предварительного обнуления сектора) выполняется при страничном программировании. Для защиты от случайного выполнения ключевые последовательности команд содержат от 2 до 6 шинных циклов, причем у них может быть важен и адрес (как в микросхемах AMD). Методы защиты секторов имеют различную как программную, так и аппаратную реализацию. Для временного снятия защиты используют различные способы, одним из которых является ключевая последовательность семи шинных циклов чтения.

Фирма Silicon Storage Technology выпускает разнообразные микросхемы флэш-памяти, использующие одно напряжение питания для всех операций. Их свойства можно определить по обозначению вида SST хх YY zzz — ttt Элемент хх определяет семейство:

28 - побайтное программирование, посекторное стирание. 29 - страничное программирование с прозрачным стиранием (команда стирания сектора отсутствует, внутренняя операция выполняется автоматически перед записью страницы в массив).

Элемент YY задает функциональный тип и напряжение питания:

ЕЕ - EEPROM-совместимые, выполнение одной инструкции, Vcc=5 В. LE - то же, что и ЕЕ, Vcc=3 В. VE - то же, что и ЕЕ, Vcc=2,7 В. SF - операции SuperFlash Command Register, VCC=5 В. Lf - то же, что и SF, Vcc=3 В. VF - то же, что и SF, Vcc=2,7 В. DM - Disk Media (для флэш-дисков, требует внешнего контроллера), Vcc=5 В. LM - тоже, что и DM, Vcc=3 В. VM - то же, что и DM, Vcc=2,7 В. PC - PCMCIA (интерфейс и протоколы), Vcc=5 В.

Элемент zzz задает объем микросхемы:

512 = 512 Кбит (64Кх8) 010 = 1 Мбит (128Кх8) 040 = 4 Мбит (512Кх8) 080 = 8 Мбит (1Мх8) 016= 16 Мбит (2Мх8) 032=32Мбит(4Мх8)

Элемент ttt задает время доступа при чтении.

Микросхемы SST 29ЕЕ010, 29LE010 и 29VE010, часто применяемые в качестве носителя флэш-BIOS, организованы как 1024 страницы по 128 байт с программной и аппаратной защитой. Каждая страница может быть защищена независимо от других. Временные диаграммы стирания и программирования, а также необходимое напряжение программирования генерируются внутри микросхемы. Окончание операции определяется по алгоритму Toggle Bit или Data# Polling.

Аналогичные параметры имеют микросхемы 29ЕЕ011,29LE011, 29VE011 фирмы Winbond.

EEPROM со специальными интерфейсами

Микросхемы флэш-памяти с симметричной архитектурой выпускаются и с интерфейсом DRAM (динамической памяти) — с мультиплексированной шиной памяти, стробируемой сигналами RAS# и CAS#. Они предназначены для применения в модулях SIMM или DIMM, устанавливаемых в гнезда для обычной динамической памяти. Таким образом реализуются, например, модули PostScript для лазерных принтеров и любые резидентные программные модули. Эти модули, естественно, не будут определяться системой как основная память - на попытку обычной записи и считывания, предпринимаемую POST при определении установленной памяти, они ответят весьма своеобразно. Также они не будут восприниматься и как модули дополнительного BIOS, поскольку встанут в неподходящие для этого физические адреса. Использоваться эти модули будут только с помощью специального драйвера, который «объяснит» чипсету, какому диапазону адресов пространства памяти соответствуют сигналы выборки банков флэш-памяти. Поскольку интерфейс модулей SIMM и DIMM не предполагает сигналов защиты записи, системного сброса и дополнительного питания +12 В, все вопросы, связанные с программированием и защитой, решаются дополнительными элементами, устанавливаемыми на модулях. При использовании 16-битных микросхем такие модули непосредственно не обеспечивают независимую побайтную запись, но она может обеспечиваться программно, маскированием (записью 0FFh) немодифицируемых байт.

Флэш-память с синхронным интерфейсом обеспечивает считывание без тактов ожидания при частоте системной шины, достигающей 66 МГц. По интерфейсу она напоминает синхронную статическую память.

Флэш-память с интерфейсом PCMCIA (PC Card) оптимизирована для построения внешней памяти миниатюрных PC. Модуль флэш-памяти в формате PС Card имеет интерфейс дисков IDE (АТА) как на уровне электрических сигналов, так и по системе команд. Кроме собственно микросхем накопителя этот модуль обычно содержит управляющую микросхему программируемой логики. Поскольку процессы записи-считывания такого «диска» не связаны с механическими перемещениями, его производительность (особенно по чтению) на несколько порядков превышает производительность самых лучших жестких дисков. Однако цена 500-мегабайтного электронного диска на флэш-памяти в 11996 году составляла примерно $10000 — почти в 100 раз дороже винчестера. флэш-память в стандарте PC Card логически является устройством внешней памяти. Ее не следует путать с похожей по виду памятью в формате Credit Card, которая является оперативной и вставляется в специальный (не PCMCIA) слот компьютера. Внешнюю память, в отличие от оперативной, в принципе можно вставлять и вынимать без перезагрузки ОС. EEPROM с последовательным доступом по шине I2C обеспечивает чтение и запись данных при доступе по двухпроводному последовательному интерфейсу I2C (см. п. 9.7). Этот интерфейс позволяет упаковывать микросхемы памяти любого объема в корпус, имеющий всего 8 выводов (рис. 5.34, табл. 5.39). С таким интерфейсом выпускаются микросхемы EEPROM и флэш-памяти. Эти микросхемы выполняют внутренние операции записи автономно, о завершении выполнения операции можно судить по результатам опроса ее состояния. Более сложные микросхемы имеют блочную организацию и средства управления доступом к каждому блоку с помощью программируемых регистров состояния и внешнего вывода управления записью (программированием). Существуют модификации микросхем, позволяющие блокировать запись данных пользователем в определенную область (или всю микросхему, что превращает ее в ROM). Вывод управления защитой у разных типов микросхем функционирует и называется по разному WP - Write Protect, WC - Write Control, PP - Programm Protect. Для выбора микросхемы используются либо входы задания внутреннего интерфейса А[0:2], либо сигнал выборки CS#, с помощью которого контроллер может тратиться к одному из требуемых устройств. Для упрощения внешних схем lloryr использоваться и несколько сигналов выборки S[0:2], один из которых 1(51) иногда инвертирован.

Таблица 5.39. Популярные микросхемы памяти с интерфейсом I2C

Микросхема	Организация	Рис.	Примечание
24С001	16 х 8	5.36, a	Выводы 1, 2, 3, 7=NC
24С01	128 х 8	5.36, a	Выводы 1, 2, 3, 7=NC
24С02	256 х 8	5.36, a
24С164	2K x 8	5.36, a
24F016	2K x 8	5.36, б
24F128	16К х 8	5.36, в
X76F041	512 x 8	5.36, г

Кроме обычных устройств энергонезависимой памяти с интерфейсом I2C выпускают и специализированные устройства защиты (Security Devices). Например, микросхема X76F041, представляющая собой 4 блока памяти по 128 байт, имеет 64-битный регистр пароля, доступный только по записи. Обращение к микросхеме возможно только при предъявлении правильного пароля (который считать невозможно в принципе). Программируемый управляющий регистр (тоже энергонезависимый) позволяет для каждого блока установить свой режим доступа (полный доступ, только чтение, возможность только обнуления бит при записи, доступ только по предъявлении пароля конфигурации). Кроме того, сеть возможность включения режима саморазрушения после превышения количества попыток доступа с неверным паролем. Такие устройства могут применяться в аппаратных ключах, защищающих программные средства от несанкционированного исполнения и пиратского копирования.

Микросхемы EEPROM Х24С02 с интерфейсом I2C объемом 256 байт применяются для последовательной идентификации модулей DIMM-168 второго поколения и SODIMM-144.