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FLASH存儲�
閱讀�15877�(shí)間:2010-11-13 16:24:16

  Flash存儲�又稱閃存,它�(jié)合了ROM和RAM的長�,不僅具備電子可擦除可編�(EEPROM)的性能,還不會斷電丟失�(shù)�(jù)同時(shí)可以快速讀取數(shù)�(jù)(NVRAM的優(yōu)�)�U�和MP3里用的就是這種存儲�。在過去�20年里�嵌入式系�(tǒng)一直使用ROM(EPROM)作為它們的存儲�(shè)�,然而近年來Flash全面代替了ROM(EPROM)在嵌入式系統(tǒng)中的地位,用作存儲Bootloader以及操作系統(tǒng)或者程序代碼或者直接當(dāng)硬盤使用(U�)�

簡介

  在眾多的單片�(jī)中都集成� Flash 存儲器系�(tǒng),該存儲器系�(tǒng)可用作代碼和�(shù)�(jù)的存�。它在整�(gè)存儲器中所處的位置在最起始的位�,一般其起始地址�0 開始,如�1 所��

 存儲器系統(tǒng)示意圖

  �1 存儲器系�(tǒng)示意�

  Flash 是由一組可�(dú)立擦除的1KB 區(qū)塊所�(gòu)成的,對一�(gè)區(qū)塊�(jìn)行擦除將使該區(qū)塊的全部�(nèi)容復(fù)位為1�

  下面這幅圖是 Flash 存儲器的簡單示意�,此圖形象的體現(xiàn)了Flash 存儲器是�1KB 區(qū)塊構(gòu)成,而且每�(gè)區(qū)塊的基地址都固定的,其基地址如圖2 所示�

 Flash 存儲器示意圖

  � 2 Flash 存儲器示意圖

  Flash 存儲器的操作

  � Flash 存儲器的操作一般是�(jìn)行讀、寫和擦�。Flash 存儲器的擦除必須是以1KB 為單位對齊的地址并指定哪一區(qū)塊被擦除,或者全部擦��

  Flash 存儲器的編程寫入的地址必須以字�4 �(gè)字節(jié))為單位對齊,且指明要寫入的具體地址。也就是說可以是任意地址,但必須滿足寫入的地址是字對齊的�

  Flash 存儲器的讀取也可以是任意地址的數(shù)�(jù),但必須滿足讀取的地址是字對齊�,否則,讀出的�(shù)�(jù)不正確,�(jié)果也難以�(yù)��

擦除

  Flash 存儲器的擦除必須是以1KB 為單位對齊的地址并指定哪一區(qū)塊被擦除,或者全部擦除。也就是說以區(qū)塊是flash 擦除的最小單��

  ●執(zhí)� 1-KB 頁的擦除

  �(zhí)� 1KB 頁的擦除步驟如下�

  (1) 將頁地址寫入FMA 寄存�

  (2) 將Flash 寫入匙碼(flash write key)寫入FMC 寄存�,并將ERASE 位置位(寫入0xA4420002)�

  (3) 查詢FMC 寄存器直至ERASE 位被清零�

  如圖1所示:

執(zhí)行1KB 頁的擦除步驟示意圖

  �1 �(zhí)�1KB 頁的擦除步驟示意�

  �(shí)例程序如程序清單 1 所示:

實(shí)例程序如程序清單

  程序清單 1

  ●執(zhí)� Flash 的完全擦�

  �(zhí)行完全擦除的步驟如下�

  (1) 將Flash 寫入匙碼(flash write key)寫入FMC 寄存�,并將MERASE 位置位(寫入0xA4420004��

  (2) 查詢FMC 寄存器直至MERASE 位被清零�

  如圖2所示:

執(zhí)行完全擦除的步驟示意圖

  �2 �(zhí)行完全擦除的步驟示意�

  �(shí)例程序如程序清單 2 所示:

實(shí)例程序如程序清單

測試方法研究

  1.引言

  隨著�(dāng)前移動存儲技�(shù)的快速發(fā)展和移動存儲市場的高速擴(kuò)大,F(xiàn)LASH型存儲器的用量迅速增�。FLASH芯片由于其便�、可靠、成本低等優(yōu)�(diǎn),在移動�(chǎn)品中非常適用。市場的需求催生了一大批FLASH芯片研發(fā)、生�(chǎn)、應(yīng)用企�(yè)。為保證芯片長期可靠的工�,這些企業(yè)需要在�(chǎn)品出廠前對FLASH存儲器�(jìn)行高速和�(xì)致地測試,因�,高效FLASH存儲器測試算法的研究就顯得十分必��

  不論哪種類型存儲器的測試,都不是一�(gè)十分簡單的問�,不能只將存儲器�(nèi)部每�(gè)存儲單元依次測試一遍就得出�(jié)�,這是�?yàn)槊恳粋€(gè)存儲單元的改變都有可能影響存儲器�(nèi)部其他單元的變化(這種情況又是常常�(fā)生的�。這種相關(guān)性產(chǎn)生了巨大的測試工作量�1�。另外,F(xiàn)LASH存儲器有其自身的特點(diǎn),它只能將存儲單元內(nèi)的數(shù)�(jù)從�1”寫為�0�,而不能從�0”寫為�1�,若想實(shí)�(xiàn)�0”->�1”操作,只能把整�(gè)扇區(qū)或整�(gè)存儲器的�(shù)�(jù)擦除,而擦除操作要花費(fèi)大量的時(shí)�。FLASH存儲器還有其他特�,比如讀寫速度�、寫�(shù)�(jù)之前要先寫入狀�(tài)字、很多FLASH只適于順序讀寫而不適于跳轉(zhuǎn)操作�,這些特點(diǎn)都制約了FLASH存儲器的測試�

  為解決FLASH測試中的這些問題,人們提出了�(yīng)用內(nèi)建自測試�2]或利用嵌入式軟件[3]等測試方法測試相關(guān)性能,都取得了比較好的效�,但這些方法大多不適用于利用測試儀�(jìn)行批量的�(chǎn)品測�。而多�(shù)對通用存儲器測試很有效的算�,由于受到FLASH器件自身的限制(如不能不能直接從�0”寫為�1”),很難直接適用于FLASH測試�

  文本在簡單介紹FLASH芯片的結(jié)�(gòu)與特�(diǎn)之后,說明了FLASH存儲器測試程序原�。在此基�(chǔ)�,分析和改�(jìn)了幾種通用的存儲器測試方法,使之能有效地應(yīng)用于FLASH測試中。這些方法簡單高效,故障覆蓋率�,并且可以快速預(yù)先產(chǎn)�,與其他一些測試算法[4][5]相比,更適于�(yīng)用在測試儀中�(jìn)行工程測�。本文分析了這些方法的主要特�(diǎn),在此基�(chǔ)之上,介紹了�(shí)際FLASH存儲器測試中�(yīng)用的流程�

  2.FLASH芯片的結(jié)�(gòu)特征

  FLASH存儲器種類多樣,其中最為常用的為NOR型和NAND型FLASH。通常,NOR型比較適合存儲程序代�,其隨機(jī)讀寫速度�,但容量一般較�(比如小于32 MB),且�(jià)格較�;而NAND型容量可�(dá)lGB以上,價(jià)格也相對便宜,適合存儲數(shù)�(jù),但一般只能整塊讀寫數(shù)�(jù),隨�(jī)存取能力�。它們對�(shù)�(jù)的存取不是使用線性地址映射,而是通過寄存器的操作串行存取�(shù)�(jù)�

  一般來�,不論哪種類型的FLASH,都有一�(gè)ID寄存�,用來讀取存儲器信息,可根據(jù)供應(yīng)商提供的芯片資料�(jìn)行具體的類型判斷。另�,F(xiàn)LASH存儲器的擦除過程相對�(fèi)�(shí),且擦除流程相對�(fù)�。圖1為FLASH芯片擦除的一般流��

FLASH芯片擦除的一般流程

  可見,擦除數(shù)�(jù)的操作限制了FLASH芯片的工作速度。此外,其他一些特�,比如讀寫速度慀寫�(shù)�(jù)之前要先寫入狀�(tài)�、很多FLASH都設(shè)有冗余單元等�,這些特點(diǎn)都制約了測試速度的提�。因�,設(shè)�(jì)合理的方�,或?qū)讐KFLASH并測,并且應(yīng)用測試算法減少測試時(shí)間就顯得十分必要�

  3.系�(tǒng)連接

  本文選用的芯片為AMD公司的NOR型FLASH——Am29LV400B及三星公司的NAND型FLASH K9F5608UOB,它們都可通過44 PIN專用適配器和�(shù)字電路測試儀的數(shù)字通道直接相�。我們所采用的硬件實(shí)�(yàn)平臺是北京自動測試技�(shù)所開發(fā)的BC3192�(shù)模混合測試系�(tǒng),該系統(tǒng)可提供工作速度快,算法圖形�(chǎn)生方式靈�,非常適合測試需要�

  4.測試實(shí)�(xiàn)方法

  假設(shè)存儲器可選址的存儲單元數(shù)為N,由于存儲器芯片每次只能訪問一�(gè)存儲單元,每�(gè)單元只有�0”或�1”兩種狀�(tài),所以所有可能出�(xiàn)的狀�(tài)�2N種。由于選取的地址又是隨機(jī)�,所�,當(dāng)測試步數(shù)為M�(shí),選址序列組合可能�2N NM種之�。即使采用全�0”或全�1”兩種圖案測�,總的測試圖形也將有2NM�,這是�(gè)巨大的數(shù)字�

  為了能夠有效地檢測存儲器芯片,必須分析半�(dǎo)體存儲器的結(jié)�(gòu),確定和選擇幾種能夠有效檢驗(yàn)存儲器功能的圖形,使之既能達(dá)到檢測目�,又使測試量限定在允許范圍之�(nèi)。但�(shí)際應(yīng)用中,由于每種測試圖形都有其局限�,再加上各�(gè)生產(chǎn)廠家以及各種型號存儲器的特性不完全一致,�(xiàn)在還沒有的統(tǒng)一測試方法�

  根據(jù)FLASH芯片的特�(diǎn),我們主要改�(jìn)并使用了以下幾種辦法�

  4.1 奇偶校驗(yàn)圖形檢驗(yàn)�

  奇偶校驗(yàn)圖形檢驗(yàn)法[6]是一種比較適合存儲器測試的方�。在奇偶性圖形檢�(yàn)法中,向存儲單元矩陣寫入的數(shù)�(jù)圖案是根�(jù)存儲單元選址地址碼的奇偶性而定�。如果存儲單元的行地址碼和列地址碼中有偶�(shù)�(gè)1,其奇偶性為0,則在該存儲單元中寫入�0”(或�1”);如果有奇數(shù)�(gè)1,其奇偶性為1,則在該存儲單元中寫入�1”(或�0”);存儲單元矩陣存入的信號�(shù)�(jù)將是行地址碼和列地址碼之間的異或�(guān)系,其算法如下:

  式中Pr為行地址的奇偶�,Pc為列地址的奇偶��

  FLASH芯片奇偶性圖形功能檢測的流程是:首先根據(jù)算法寫入背景圖形,然后逐位讀出并檢驗(yàn)�(jié)果的正確�,再將芯片數(shù)�(jù)擦除,以反碼圖形重復(fù)上述測試過程。其總的測試步數(shù)為M=4N�

  由于奇偶性圖形是不對稱的,任何一位的地址譯碼器失效都會引起本�(yīng)寫入互為反碼�(shù)�(jù)的兩�(gè)存儲單元之一重復(fù)選址,并且第二次選址改變了次選址�(shí)寫入的內(nèi)�,而另一�(gè)存儲單元未被訪問。因此地址奇偶性圖形可以很好地檢驗(yàn)出地址譯碼器的故障�

  奇偶性圖形每次都把整�(gè)存儲器單元寫完后再整體讀出,沒有反復(fù)擦除的過程(整�(gè)過程只需擦除兩次�,非常適用于FLASH芯片測試�

  4.2 齊步�

  齊步法[6]是對存儲器的每�(gè)單元依次�(jìn)行檢�(yàn)的一種方�。首先從�(gè)存儲單元開始,逐�(gè)對每�(gè)單元�(jìn)行取反和檢驗(yàn),直到一�(gè)單元檢測�(jié)束才完成一遍掃�。然后,在背景為反碼的情況下,從�(gè)存儲單元開始,逐�(gè)對每�(gè)單元�(jìn)行取反和檢驗(yàn),直到一�(gè)單元檢測�(jié)�。整�(gè)過程就像所有單元一起向前走步一�,因此稱為“齊步法�。根�(jù)FLASH芯片特點(diǎn),我們改變在反碼背景條件下走步的過程,把它改造如�,形成了適合的齊步算��

  在圖2中給出了測試FLASH齊步法的測試流程�

測試FLASH齊步法的測試流程

  在測試之�,每�(gè)存儲單元具有信息�1�。首先在存儲矩陣中寫入背景圖案(初始狀�(tài)為全�1”),然后從地址A0開始選址�(jìn)行讀�1�,寫�0�,讀�0”操�,并檢驗(yàn)讀出結(jié)�。接�,依次到下一�(gè)選址單元重復(fù)該操作(讀�1�,寫�0�,讀�0”),直到全部存儲單元(A=N�1)重�(fù)完為�。再在讀操作方式下對全部存儲單元�(jìn)行一次正向掃描讀出,檢查有無正向?qū)Ψ聪虻亩嘀貙懭雴栴}。然后將存儲器輸入擦�,使之全部單元為全�1”。�(jìn)而開始反向掃描:從地址AN�1開始�(zhí)行讀�1”,寫�0�,讀�0”操�,逐位�(jìn)行上述操作過�,直至最終地址為AN-1,對全部存儲單元�(jìn)行讀�0”掃�,以檢驗(yàn)讀出結(jié)果的正確性�

  用這種測試算法檢測存儲芯片,可使每�(gè)存儲單元都被訪問。既能保證每�(gè)存儲單元都能存儲�1”和�0”數(shù)�(jù),又能保證每�(gè)存儲單元都受到周圍其他單元的讀�1�、讀�0”和寫�1�、寫�0”的打擾。齊步法總的測試步數(shù)為:

  式(3)中,W表示寫操�,R表示讀操作,Q表示�1�� 表示�0�。Bij表示存儲器第i行j列的存儲單元。如WBij(Q)就表示對第i行j列的存儲單元�(jìn)行寫�1”操作所用的�(shí)��

  由式�3)可�,其測試步數(shù)�9N,且整�(gè)過程只需兩次擦除操作,可見它是一種即快速又有效的方��

  4.3 移動變反�

  移動變反測試法[6]是按順序變反每�(gè)地址存儲單元�(shù)�(jù)的方�。它需要在變反前后讀出每�(gè)存儲單元的數(shù)�(jù),而且,還必須借助于前�(jìn)和后退的地址尋址序列�(chǎn)生地址跳躍,地址�20�21��2n-1次方的增量變化(n是地址位數(shù))。按照以上規(guī)律�(jìn)行地址跳變�,再對每�(gè)地址�(jìn)行三次操作:讀、寫和讀即可完成一�(gè)循環(huán)�

  以上操作的目的主要在于地址間產(chǎn)生有效相互打�,但顯然如果以整�(gè)芯片為單元�(jìn)行上述操作需要多次擦除數(shù)�(jù),因此對FLASH測試芯片�(yīng)做如此改�(jìn):以扇區(qū)為單元完成操作。假�(shè)FLASH芯片有N�(gè)扇區(qū),移動變反法的功能測試先要以�1”為背景圖案寫入全部存儲單元。首�,在�(gè)扇區(qū),對A0存儲單元讀出并�(yàn)證是�1�,再將該存儲單元改寫成�0”,讀出該存儲單元的信息以證明新寫入的�0”仍存于該存儲單元中。扇區(qū)測試地址按有效位的階20遞增,對每�(gè)存儲單元都要重復(fù)上述的讀�1�,寫�0”讀�0”的操作過程,需要測試步長為3n(n為該扇區(qū)的存儲單元數(shù))才能使全部的存儲單元都變成�0�。這次測試的地址序列是遞�1�,即由地址位A0增加到位A(n�1�,對A(n�1)存儲單元�(jìn)行讀�1”,寫�0”和讀�0”驗(yàn)��

  對第二�(gè)扇區(qū),以下一�(gè)地址�21作為地址增量的變化量,每次用不同的地址位作為位(分別為�0位和�1位),使地址以此增量的變化通過所有可能的地址。因此在一次測試程序中所有地址的存儲單元都被測試一��

  然后,依次以22�24�2N作為地址增量,重�(fù)上述過程,每完成一�(gè)循環(huán)便產(chǎn)生一�(gè)循環(huán)�(jìn)位�

  由于各�(gè)扇區(qū)的大小不�,移動變反法功能測試圖形步長�3n(n為扇區(qū)存儲單元�(gè)�(shù)�。以扇區(qū)為單元的測試�(shí)際上是一種對芯片功能的抽測,�?yàn)樗]有�(jìn)行對各單元存取數(shù)�(jù)�(jìn)行反�(fù)打擾,以�(yàn)證其地址線間信號改變所帶來的影�,但這種方法分別在各�(gè)扇區(qū)對鄰近地址線一一做了打擾測試,由于各�(gè)扇區(qū)�(jié)�(gòu)根本上是相同�,因此這種抽測很有代表性,并且把測試時(shí)間減少了一�(gè)�(shù)量級�

  移動變反法測試圖形是一種良好的折衷測試方案。因?yàn)樗鼛缀蹙哂懈鞣N測試圖形的特�(diǎn),可以用較少的試�(yàn)步數(shù)測試盡可能多的存儲單元間打擾的相互影響。在具體程序�,�1”場變反為�0”場是按序選擇地址,并通過寫入這些地址而產(chǎn)生的,在兩次讀出之間有一次寫操作。移動變反法測試包括了功能測試和動態(tài)測試,功能測試保證被測存儲單元不受讀、寫其他存儲單元的影�,動�(tài)測試�(yù)測最壞和條件下的取數(shù)�(shí)�,并�(yù)測地址變換對這些�(shí)間的影響�

  這種測試方法易于�(shí)�(xiàn),它是在跳步算法�1]的基礎(chǔ)�,通過改變跳步的長度,減小了算法的�(fù)雜度。移動變反法測試是一種具有良好功能測試和動態(tài)測試特點(diǎn)的測試圖形,并且所需的測試時(shí)間較�,在很多情況下都有很好的效果。尤其是對于較大容量存儲器的測試,該方法特別有效�

  移動變反法還可以作�(jìn)一步擴(kuò)展,即對�(shù)�(jù)做移動變反處�。以芯片�32位總線為例,首先對存儲器各單元寫�0xAAAAAAAA,檢�(yàn)并擦�,然后對存儲器寫�0xCCCCCCCC,檢�(yàn)并擦�,以后依次寫�0xF0F0F0F0�0x0F0F0F0F�0xFF00FF00�0x00FF00FF�0xFFFF0000�0x0000FFFF� 0xFFFFFFFF�0x0,都在檢�(yàn)所寫的正確性后再擦除數(shù)�(jù)。其原理與地址移動變反相同,在此不再贅��

  4.測試方法的綜合使用和流水測�

  以上,從算法的角度上提高了FLASH芯片的可測�。雖然NOR、NAND型FLASH�(jié)�(gòu)不同,但由于以上算法都可通過�(jì)�,順序產(chǎn)生測試圖形,因此可通用于以上兩類器件的測試中�

  上述三種方法各有�(yōu)�(diǎn),在�(shí)際應(yīng)用中可配合使�。地址奇偶性圖形測試最為方便高�,因?yàn)樵趯懭雸D形過程中每次只改變一位地址線,而且寫入的是相反的數(shù)�(jù),所以如果哪一位地址線出�(xiàn)短路立刻會被檢查出來,使用該方法最適宜檢驗(yàn)地址譯碼器的故障。齊步法適于用來檢驗(yàn)多重地址選擇與譯碼器的故障,并且可以檢測寫入�(shí)噪聲對存儲芯片特性的影響,它能保證正確的地址譯碼和每�(gè)存儲單元存儲�1”和�0”信息的能力。在大多�(shù)生產(chǎn)測試�,聯(lián)合使用這兩種方法可以判別出FLASH絕大多數(shù)的故�。當(dāng)�,各�(gè)廠家生產(chǎn)的芯片在�(jié)�(gòu)和工藝上有一定區(qū)�,因此出�(xiàn)各種�(cuò)誤的概率也不同,可以根據(jù)�(shí)際情況調(diào)整方�。由于設(shè)�(jì)問題,有些芯片還有可能出�(xiàn)其他一些不太常見的�(cuò)�,這就需要�(jìn)行更詳盡的測�,這時(shí)使用移動變反測試法就比較合適。這種方法可以很好地測試芯片的動態(tài)�(cuò)�,并且可根據(jù)具體需要詳�(xì)展開測試或簡化測試,對于�(chǎn)品性能分析十分有效�

  在具體程序設(shè)�(jì)�(shí),為簡化算法�(zhí)�,可以將讀取產(chǎn)品型�、調(diào)用讀寫命令的語句作為子程序存儲在測試儀中,每次需要時(shí)都可以無縫調(diào)��

  在測試過程中,最耗費(fèi)�(shí)間的是程序擦除操作,一次擦除往往就需要幾�,其解決辦法是將擦除工序單獨(dú)處理。在�(shí)際應(yīng)用中,可使用兩臺測試儀,其�,在擦除�(shí)幾�(gè)芯片并行�(yùn)行。這樣,一臺設(shè)備用于讀、寫、測�,另一臺設(shè)備用于擦除數(shù)�(jù),就可以有效地形成流水線操作,大大節(jié)省測試時(shí)�。此�,將幾種方法綜合使用,還有助于提高故障覆蓋率�

  5.實(shí)�(yàn)�(jié)�

  根據(jù)上述思想,我們在國產(chǎn)BC3192的測試系�(tǒng)平臺�7][8]上,對AMD公司的NOR型FLASH——Am29LV400B及三星公司的NAND型FLASH—�9F5608UOB都�(jìn)行了測試。實(shí)�(yàn)表明,和傳統(tǒng)的以棋盤格為基礎(chǔ)的測試圖形[1]相�,奇偶校�(yàn)�、齊步法和移動變反法�(chǎn)生的測試圖形故障覆蓋率更�,這些算法由于最多只有兩次芯片擦除操�,所以測試時(shí)間完全能符合工程測試需要,其中,移動變反法沒有擦除操作,所以測試速度最�。在�(shí)�(yàn)中,我們采用上述三種方法中任意一�,按照流水的方法測試,在相同故障覆蓋率下,都可以使測試效率可提高40%以上�

  6.結(jié)�

  本文是在傳統(tǒng)存儲器測�?yán)碚摶A(chǔ)上對FLASH測試的嘗�,該方法保留了傳�(tǒng)方法的優(yōu)�(diǎn),較好地解決了FLASH存儲器測試的困難。該方法方便快捷,流程簡�,所有測試圖形都可以事先生成,這樣就可以直接加載到測試儀�,有利于直接�(yīng)用于測試儀�(jìn)行生�(chǎn)測試�

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