nand flash 介绍

flash名称由来

Flash的擦除操作是以block块为单位的，与此相对应的是其他很多存储设备，是以bit位为最小读取/写入的单位，Flash是一次性地擦除整个块：在发送一个擦除命令后，一次性地将一个block，常见的块的大小是128KB/256KB。。，全部擦除为1，也就是里面的内容全部都是0xFF了，由于是一下子就擦除了，相对来说，擦除用的时间很短，可以用一闪而过来形容，所以，叫做Flash Memory。中文有的翻译为 （快速）闪存。

下面是一款flash的规格说明：

一个nand flash由很多个块（Block）组成，块的大小一般是128KB，256KB，512KB，此处是128KB。

每个块里面又包含了很多页（page）。每个页的大小，对于现在常见的nand flash多数是2KB，更新的nand flash是4KB，这类的，页大小大于2KB的nand flash，被称作big block，对应的发读写命令地址，一共5个周期(cycle)，而老的nand flash，页大小是256B，512B，这类的nand flash被称作small block。

一片Nand flash为一个设备(device)

1 (Device) = xxxx (Blocks)

1 (Block) = xxxx (Pages)

1(Page) =528 (Bytes) = 数据块大小(512Bytes) + OOB 块大小

也就是说一个page由有效数据区+OOB（又称为spare区）组成。

 关于OOB区，是每个Page都有的。Page大小是512字节的NAND每页分配16字节的OOB；如果NAND物理上是2K的Page，则每个Page分配64字节的OOB。

我们通常计算nand flash容量大小为：总共的block数 * 一个block中的page数 * 一个page中的有效数据区。oob区为特殊数据，用作硬件纠错和坏块管理的。

但是我们通常说的128M的flash，128M中是包含OOB数据区的，也就是说实际有效的数据存储区只有124M多。（128*2048/(2048+64) =124.12M）

OOB是用来干啥的？

坏块是指在nand flash中出现某些flash区域不能进行擦写操作，我们称这样的一个单位区域为一个坏块。而由于nand flash中的读和写操作是以page为单位，擦除是以block为单位，且写操作之前必须要先进行擦除操作，因此，一个最小的可操作单位即为一个block, 整个block中产生任何不可修复的位错误，我们就认为这个块是坏块。

坏块标志

spare area的第6个byte是否是0xff，如果是则表示是好块，否则为坏块。

NAND Flash出厂时在spare area中已经反映出了坏块信息，因此， 如果在擦除一个块之前，一定要先check一下第一页的spare area的第6个byte是否是0xff，如果是就证明这是一个好块，可以擦除；如果是非0xff，那么就不能擦除，以免将坏块标记擦掉。 当然，这样处理可能会犯一个错误―――“错杀伪坏块”，因为在芯片操作过程中可能由于 电压不稳定等偶然因素会造成NAND操作的错误。但是，为了数据的可靠性及软件设计的简单化，还是需要遵照这个标准。

为何Nand Flash不能从0变成1

对于nand Flash的数据的写入1，就是控制External Gate去充电，使得存储的电荷够多，超过阈值Vth，就表示1了。而对于写入0，就是将其放电，电荷减少到小于Vth，就表示0了。

我的理解是，物理上来说，是可以实现每一位的，从0变成1的，但是实际上，对于实际的物理实现，出于效率的考虑，如果对于，每一个存储单元都能单独控制，即，0变成1就是对每一个存储单元单独去充电，所需要的硬件实现就很复杂和昂贵，同时，所进行对块擦除的操作，也就无法实现之前的，一闪而过的速度了，也就失去了Flash的众多特性了。

flash的最小单位

块是Nand Flash的擦除操作的基本/最小单位。

页是Nand Flash的写入操作的基本/最小的单位。

每一个页，对应还有一块区域，叫做空闲区域（spare area）/冗余区域（redundant area），而Linux系统中，一般叫做OOB（Out Of Band），这个区域，是最初基于Nand Flash的硬件特性：数据在读写时候相对容易错误，所以为了保证数据的正确性，必须要有对应的检测和纠错机制，此机制被叫做EDC(Error Detection Code)/ECC（Error Code Correction, 或者 Error Checking and Correcting），所以设计了多余的区域，用于放置数据的校验值。

一般设备，比如硬盘/内存，读取和写入都是以bit位为单位，读取一个bit的值，将某个值写入对应的地址的位，都是可以按位操作的。

但是Flash由于物理特性，使得内部存储的数据，只能从1变成0，这点，可以从前面的内部实现机制了解到，只是方便统一充电，不方便单独的存储单元去放电，所以才说，只能从1变成0，也就是释放电荷。

所以，总结一下Flash的特殊性如下：

BBT

可以用BBT：bad block table (坏块表)，即坏块表来进行管理。各家对nand的坏块管理方法都有差异。

比如专门用nand做存储的，会把bbt放到block0，因为第0块一定是好的块。

但是如果nand本身被用来boot，那么第0块就要存放程序，不能放bbt了。 有的把bbt放到最后一块，当然，这一块坚决不能为坏块。 bbt的大小跟nand大小有关，nand越大，需要的bbt也就越大。

OOB是每个页(512~2048字节不等)都有的数据，里面存的有ECC（当然不仅仅ECC，还有坏块标记）；

针对每个BLOCK的坏块识别则是该块第一页spare area的第六个字节。 

BBT(坏块表)是一个FLASH才有一个；