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標準及SLC Parallel NOR。
NOR Flash是嵌入式世界裡最常見的儲存器，常常內嵌在微控制器裡(Parallel型)或外接作為記憶體擴充套件(Serial型)，作為程式碼儲存器。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，後來為了簡化引腳數，逐漸發展出了Serial NOR，目前的格局是Serial NOR主要佔據低容量NOR市場（128Mb以下），而Parallel NOR主要佔據高容量NOR市場（128Mb以上），雖然這兩類NOR的差異比較大（軟體驅動開發角度而言），但是它們有一個共性，那就是均相容CFI介面標準，這給軟體驅動開發帶來了便利。
一、CFI-JESD68標準由來
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產品發展標準化，Intel於1996年制定了CFI 1.0標準（1.0版本屬於draft版本，正式版本是1997年釋出的1.1），CFI標準的存在是為了讓Host能夠從NOR Flash device中直接獲取製造商ID、裝置ID、Flash大小以及各種物理特性，從而使得NOR Flash產品在前後相容性上表現更好，軟體驅動設計也更加標準化。
鑑於CFI已慢慢發展成為NOR Flash事實上的介面標準，JEDEC組織於1999年9月正式將CFI標準命名為JESD68，下表是CFI-JESD68標準制定的時間關係：
| 時間 | NOR標準 | 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標準原則上是為Parallel NOR制定的，但是部分Serial NOR也支援這一標準。
二、SLC Parallel NOR原理
2.1 Parallel NOR分類
從軟體驅動開發角度而言，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
資料線寬度：x8 / x16
訊號線模式：Asynchronous / Synchronous
資料採集模式：SDR / DDR
介面標準：CFI
本文的主要研究物件是相容CFI 2.0 (JESD68.01)標準的Asynchronous SDR SLC Parallel NOR Flash。
2.2 Parallel NOR記憶體模型
NOR記憶體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是程式設計的最小單元，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是可以儲存程式碼直接原地執行XIP的，如果在某個Block裡執行程式碼（即CPU從NOR中讀取指令資料）的同時去擦除或程式設計這塊Block會發生什麼情況呢？有些NOR是支援這種RWW操作的，但也有的NOR不支援RWW（此時會產生hardfault/lockup），Block的存在是為了規避RWW問題，RWW問題的作用範圍是Block，如果某Block中執行程式碼擦除/程式設計的是另一塊Block，則完全不用擔憂RWW問題。
2.3 Parallel NOR訊號與封裝
CFI手冊裡並沒有明確規定Parallel NOR訊號線與封裝，但業界有預設的標準，從訊號線角度來說NOR和SRAM基本是一樣的，如下是典型的Parallel NOR內部結構圖，除了記憶體單元外，還有三大組成，分別是控制單元、地址譯碼單元和輸出緩衝單元，訊號線主要掛在這三大組成上，關於各訊號線具體作用，請查閱相關文件。
NOR晶片根據Flash size大小不同封裝也不盡相同，以經典的128Mb容量的ADP NOR晶片為例，其封裝一般有三種TSOP-56, TFBGA-56, LFBGA-64，下圖是TSOP-56封裝訊號分佈：
2.4 Parallel NOR介面命令
CFI手冊裡也沒有明確規定Parallel NOR介面命令，同樣地業界還是有預設的標準，如下是從Micron MT28EW系列手冊裡擷取的部分基本命令，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產品裡都被支援。此外，NOR還支援更多高階命令（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之後，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體錯誤，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，用於獲取晶片內部儲存的出廠資訊（包括記憶體結構、特性、其他行為引數等），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資訊，在設計NOR軟體驅動時，可以通過獲取這個query table來做到程式碼通用。
2.5 Parallel NOR資料速率
資料存取速率是個重要的技術指標，對於這個指標，CFI手冊裡並沒有定義，所以需要根據NOR Flash手冊裡的AC characteristics表來確定。以非同步模式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平均資料率肯定是比Random Read要高的，那麼這兩種資料率分別能達到多少呢？可繼續參看如下時序參數列，tRC最小為70ns，那麼Random Read資料率最大為2Bytes/70ns = 228.571Mbps，而tPAGE最大為20ns，那麼Page Read的資料率最小為2Bytes / 20ns = 800Mbps。（注：均以x16 Device為例）
如果想快捷地瞭解NOR Flash的效能，最簡單的就是開啟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
最後痞子衡收集了可以售賣SLC Parallel NOR晶片的廠商及產品系列：
| 廠商 | 晶片系列 | 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標準及SLC Parallel NOR痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~