Спросите специалиста
Планирование правильного решения требует понимания требований вашего проекта и системных требований. Позвольте специалистам Kingston помочь вам.
Спросите специалистаФлэш-память NAND — это не просто носитель для чтения и записи данных. Для надежного использования следует реализовать несколько алгоритмов: управление блоками NAND, очистка памяти от ненужных данных, контроль ошибок и выравнивание износа. Современная флэш-память NAND управляется с помощью алгоритмов на устройстве хранения, не реализованных в процессоре хост-системы. Это выгодно пользователям, поскольку делает управление NAND менее сложным для хост-системы и упрощает поддержку продукта и поддержание его работоспособности.
Операции записи хост-системы во флэш-память NAND в определенной степени неэффективны, что может привести к более раннему отказу носителя. Наименьшая организационная единица NAND — это страница, которую можно прочитать и запрограммировать, но нельзя стереть. Единственная организационная единица, которую можно стереть, — это блок, состоящий из множества страниц. Следовательно, страницы не могут быть перезаписаны до тех пор, пока блок не будет стерт. Со временем блоки, по мере достижения предела их ресурса, могут выходить из строя. Также могут возникать дефекты, приводящие к преждевременным отказам.
Количество циклов программирования-стирания флэш-памяти NAND ограничено. Достижение этого предела означает, что устройство находится в состоянии окончания срока службы (EoL), то есть более не является надежным. Рабочий ресурс зависит от конфигурации ячеек NAND.
Конфигурация с одноуровневыми ячейками: имеет самый высокий рабочий ресурс и наибольший допустимый предел ошибки.
eMMC LBA 512B Sector Address |
NAND Page & Block Address |
0:31 | Blk10, Pg101 |
32:63 | Blk10, Pg102 |
64:95 | Blk10, Pg103 |
96:127 | Blk10, Pg104 |
128:159 | Blk15, Pg57 |
160:191 | Blk8, Pg129 |
192:223 | Blk10, Pg107 |
224:255 | Blk22, Pg88 |
eMMC читает и записывает данные в блоки секторов по 512 байт, которые являются логическими, а не физическими. Адреса секторов называются адресами логических блоков (LBA). Когда данные изменяются, стирание всего блока NAND нецелесообразно, поскольку приводит к неэффективному износу не изменившихся страниц. Схема сопоставления LBA-PBA (адрес физического блока) позволяет сократить запись для балансировки износа блока. Это называется выравниванием износа. С помощью таблицы преобразования адреса LBA сопоставляются адресам PBA. Этот процесс уравновешивает износ блоков и повышает скорость записи.
Процесс отображения адресов выполняется следующим образом.
Небольшие, случайные, не соответствующие страницам операции перезаписи обычно являются самым большим источником увеличения объема записи. Чтобы свести к минимуму WAF, записи должны быть выровнены по границе страницы в единицах, кратных размеру страницы. Этот оптимальный размер единицы записи указывается в поле Optimal Write Size (Оптимальный размер записи) расширенного регистра управления микросхемой (CSD).
Формула для определения общего количества записанных байтов (TBW) проста:
Часто WAF находится в диапазоне от 4 до 8, но это зависит от режима записи хост-системы. Например, последовательные операции записи большого объема снижают значение WAF, а произвольной записи небольших блоков данных соответствует более высокое значение WAF. Такое поведение часто может вести к преждевременному выходу устройств хранения из строя.
Например, для eMMC 4 ГБ с коэффициентом срока службы 3000 и WAF 8 получим:
Суммарное число записываемых байтов устройства eMMC составляет 1,5 ТБ. Таким образом, мы можем записать 1,5 ТБ данных в течение его жизненного цикла, прежде чем оно достигнет состояния окончания срока службы.
Чтобы оценить свои требования к TBW, оцените ежедневное использование рассматриваемого устройства. Например, для рабочей нагрузки с ежедневным объемом записи 500 МБ (и предполагаемым 5-летним жизненным циклом) потребуется устройство, которое может достигать TBW более 915 ГБ:
TBW можно использовать для определения максимально допустимого WAF для устройства, поскольку TBW = (DC * EF) / WAF. Если срок службы вашего устройства не может достичь целевого TBW для предполагаемого использования, вы можете попытаться увеличить его. Например, можно перевести его в режим с псевдоодноуровневыми ячейками. Это позволит увеличить срок службы в десять раз за счет перевода устройства из режима TLC или MLC в режим «один бит на ячейку». Однако это существенно сокращает емкость: на 50% для устройства MLC с двумя битами на ячейку и более чем на 66% для устройства TLC с тремя битами на ячейку. Если это решение вас не устраивает, можно выбрать для той же рабочей нагрузки устройство большей емкости. Устройство с вдвое большей емкостью будет иметь и вдвое больший TBW.
Алгоритмы Kingston для eMMC обеспечивают низкий коэффициент увеличения объема записи. Мы предлагаем несколько конфигураций, чтобы сбалансировать производительность, срок службы и надежность. Возраст устройства можно отслеживать с помощью инструментов оценки срока службы JEDEC, хранящихся в реестре EXT_CSD. Это общая функция для всех устройств eMMC. Срок службы указывается с шагом 10 % в зависимости от рабочего ресурса устройства. Один инструмент сообщает о возрасте блоков флэш-памяти NAND в конфигурации TLC или MLC, а другой — о возрасте блоков в конфигурации с псевдо-одноуровневыми ячейками. У устройств Kingston eMMC также есть команды поставщика, возвращающие средний возраст блоков устройства. Они более точны, чем инструменты JEDEC, но для их использования требуется определенное программное обеспечение (небольшой объем разработки). Кроме того, вы можете отправить свое старое устройство в Kingston для более комплексного анализа.
#KingstonIsWithYou
Планирование правильного решения требует понимания требований вашего проекта и системных требований. Позвольте специалистам Kingston помочь вам.
Спросите специалистаДолговечность продукта является ключевой проблемой для многих встраиваемых приложений, срок службы которых обычно составляет 7-10 лет. Учитывая быстрые темпы развития и изменения технологий, долгосрочная поддержка встраиваемых продуктов может быть сложной задачей.
Важно понимать особенности управления флеш-памятью NAND в eMMC в современных устройствах и как они связаны с ее жизненным циклом. Это руководство поможет разработчикам и инженерам понять, как оценить и проверить срок службы устройства хранения данных eMMC при проектировании системы.