近十年来，随着非易失性存储器概念的发展，解决方案变得越来越复杂，以适应嵌入式系统市场的多种使用模型。

因为技术特性和成本效益的优势，非易失性存储器特别是NAND和NOR两种闪存产品，在不同的应用市场取得空前的成功。此外，为克服技术限制，追随技术进步，NAND闪存控制器架构需要与闪存芯片并行化发展，在存储器芯片上实现高效的数据管理。

为确保存储器的简易移植，降低存储控制器的复杂程度，增加非易失性存储器特性变化的透明度，可管理的存储器概念在很多应用中已变为现实，如汽车、工业、手机和无线通信领域。

可管理的存储器概念的问世来自一个简单的想法：把存储控制器的一些智能转移到存储器上。采用一个可管理的存储器的直接效果包括：闪存技术变化不影响整个存储系统变化；功能差异化；因为重新给存储器分配任务而使得存储器控制器软件负荷减轻。

闪存技术概况

非易失性存储器经历了一个快速发展阶段，并产生了各种独特的技术和架构，能够适应不同的应用领域。

其中，闪存技术非常普及，并取得巨大成功。

闪存技术基本上代表了一类电可擦写非易失性存储器，即使断电或外部控制器关断电源，闪存也不会丢失片内保存的数据。沿两条不同的路线发展进化，闪存产生了两个不同产品家族：NOR和NAND闪存。

闪存采用浮栅技术把微小信息保存在存储单元内，在浮栅技术的发展过程中，光刻技术节点被连续地缩小，使芯片尺寸越变越小，成本效益不断提高。每个存储单元可以存储一个位的信息(单级单元，简称SLC)或多个位的信息(多级单元，简称MLC)。

存储单元排列在一起，构成存储阵列，NOR和NAND拥有不同的存储阵列结构。每个阵列又组成块。NAND闪存的块由页组成。表1所示是NAND和NOR闪存的基本区别，其中考虑到了最新缩小的技术节点。

技术上的差异预示着应用上的差异。NOR闪存的快速读取性能特别适用于实现片内执行代码(XiP)技术，这种非易失性存储器用于系统的执行代码内存或系统启动内存。

NAND的写吞吐量和高密度使其成为大容量存储应用的必选方案，但是NAND的应用范围逐渐扩大到代码存储应用领域，比如NAND闪存用于保证代码(操作系统代码、应用软件)存在，在多片存储解决方案中，代码往往被下载至执行内存内(通常是一个RAM)。

目前大多数可管理的存储器解决方案都基于NAND闪存技术。NAND闪存技术可再分为两种类型：单级单元和多级单元。表2概述了采用相同单元光刻技术的两类存储器的某些差异。

两类存储技术的基本差异表明，SLC可能更适用于存储和下载代码，因为读取性能和耐擦写能力更加优异，而MLC NAND则是所有大容量存储应用的最佳解决方案。

NAND闪存错误管理机制和数据管理

1.擦写粒度不同。一颗NAND闪存芯片必须以页为单位进行读写操作(不过，每个厂商都准许SLC NAND支持数量有限的局部读写操作，并对此进行了详细规定)。擦除操作以块为单位。此外，每页在写数据前必须先进行擦除操作，因此，抽象物理层接口需要一个从逻辑到物理的重新映像策略。

2.擦写循环次数。擦写操作基于一个破坏存储单元的物理原理(采用高压的Fowler-Nordheim隧道技术)，因为这种方法冲击存储阵列(位、页或块)，所以，擦写循环的次数将受到限制(故称为器件耐擦写能力)。为延长存储器的使用寿命，推荐使用一个均衡使用阵列物理位置的技术(在整个阵列上分配擦写操作)。

3.位修改。在读写操作过程中，某些技术限制可能导致一定数量的位被修改，利用错误检测纠正算法可以使这些位恢复正常，使SLC NAND的擦写循环达到100,000次，MLC NAND的擦写循环达到10,000次。在一次页读取操作过程中，这些算法可以检测和校正一定数量的位错误。校正能力(最大可校正位数量)是一个由厂商定义的参数，因为这个参数与技术的关系非常密切，光刻技术节点缩小可能会改进这个参数。

4.坏块。在完成制造阶段后，某些阵列位置可能会被破坏，导致芯片上出现所谓的坏块。坏块分类如下：

出厂后坏块：因制程而引起的外部应用不能使用的闪存坏块。当产品出厂时，块 ‘0’始终是正常块(例如，用于存储引导代码)。

在使用过程中变成坏块的块：当擦写操作失败时，就会发现这些块是坏块。为保证内容的完整性，必须更改含有内容的块，把内容复制到另一个存储位置。

如果系统含有一个存储数据和代码的NAND闪存，设计人员就必须采用一个适合的闪存数据管理机制，以解决所有这些技术限制。数据管理是一套用软件程序或硬件块实现的算法(见表3)。

可管理的存储器概念

在NAND闪存技术的发展过程中，存储器控制器曾呈现日益复杂化趋势。为解决这个问题，可管理的存储器解决方案近年来在不同的系统中日渐盛行。这种解决方案有以下几个主要特性：内部架构由控制器和闪存芯片组成；闪存数据管理算法嵌入在系统内，由内部控制器执行；标准化接口，可与外部存储器控制器通信，例如，e-MMC(JEDEC组织定义的多媒体卡接口)定义了总线特性和通信协议；附加特性（在写操作过程中发生断电事件时可保护数据完整性的安全算法等）(见图1)。

本文小结

选用可管理的非易失性存储器解决方案具有明显优势和直接效果，体现在：NAND闪存技术变化不影响整个系统；闪存厂商独立共存；移植性；互操作性；存储控制器上软件负荷降低；可扩展性。

概括地说，与非易失性存储器技术变化(光刻节点缩小、更高的查错和纠错要求和存储2位以上信息的多级单元)相关的一些因素，必然导致使用控制器解决所有这些技术问题，因此可管理的存储器概念应运而生。

此外，市场对手机产品和无线通信系统的需求越来越高，例如要求更高的传输带宽、更低的功耗、不同使用模式共存(即代码执行和海量存储)等等。存储器控制器可以满足这些需求，在一个专用架构内，存储器控制器能够适时地管理闪存芯片。