The Floating Gate

浮動閘（floating gate）一詞會讓我銘記於心，是因為閱讀了《矽眼》，該書提到以浮動閘紀錄類神經元突觸加權值，這是「類比」儲存的一個應用。

然而，對多數內嵌系統設計人員來說，浮動閘是用在「數位」儲存的，諸如 EPROM, EEPROM, NOR flash, NAND flash 等。

無論是 EPROM, EEPROM 或 NOR flash ，早先都是設計來在上面直接跑程式的（不用 copy 到 RAM 上跑，術語叫做 execute in place, XIP），所以有獨立的 data bus 及 address bus 。

為了省空間，後來很多 MCU 都把 EPROM, EEPROM 或 NOR flash 包進同一棵 chip 了，這造成外部的 EEPROM 或 Flash 開始走 serial 路線。 serial EEPROM 或 serial Flash 對外的 pin 腳雖然大幅精簡了，卻失去了 XIP 的特性，因此主要被拿來儲存程式之外的東西。

由於 EEPROM 是 byte-wise writable 的，用起來超方便，所以資料量不大時我們都會用它。例如一些儀表類的內嵌系統，諸如血壓計之類的，其內部的關鍵零件是感測器，這些感測器的元件特性會隨溫度等外在因素漂移，所以需要在事後作校正，這些校正用的參數就很適合用 serial EEPROM 儲存。

有時候我們要存的不僅僅是簡短的幾筆，而是長時間累積下來的一大串 log 。例如未來的病患可能會長時間配戴血壓計血糖計之類的，隨時紀錄血壓血糖變化，然後隔固定時間，自動將這些資料傳到醫院的監控中心。這種場合因為要存的資料量較大，也許該考慮採用 serial Flash 。

操作 serial (NOR) Flash 跟操作 serial EEPROM 類似，都有 OP-Code Phase, Address Phase, Data Phase 等三個階段。偏偏 (NOR) flash 只能 block-wise writable ，這意味著就算只想改變一個 block 的某幾個 bytes 的內容，還是得先把整個 block 的值都讀出來，在 RAM 中修改後，再寫回去。

這幾年正火熱的 NAND Flash 一開始就是設計來替代硬碟這類大容量的儲存媒體。它雖價廉、肚大，卻是個極不穩定的傢伙，不但允許出廠就有壞塊（bad block），使用過程壞塊還會隨機增加，更扯的是廠商還信誓旦旦說這是良品，要大家看著辦。良品都這副德行了，真不敢想像一些 down grade 的會長成什麼樣子 :p

文末，再附上簡短的比較：

• (parallel) EEPROM
• Byte-writable, i.e. byte-erasable and byte-programmable
• Execute in place
• Write special commands to unlock, erase or write
• (parallel) NOR Flash
• Erasing and writing must be on block-by-block basis
• Execute in place
• Write special commands to unlock, erase or write
• serial EEPROM
• EEPROM with serial interface
• 3 phase commands for operations, e.g. read, write, and erase
• Wear leveling is required
• serial (NOR) Flash
• NOR Flash with serial interface
• 3 phase commands for operations, e.g. read, write, and erase
• Page for programming; block for erasure
• Wear leveling is required
• NAND Flash
• As a hard disk replacer
• Use a NAND flash specific interface
• Page for programming; block for erasure
• Wear leveling is required
• Bad block management is must

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