Commands of the NAND

到電子商場逛一圈就會發現一堆產品都有 NAND flash 的身影（例如大拇哥，記憶卡，MP3 player，數位相框，甚至 PC 等）。前陣子和 simayi 閒聊時，他就提到：既然大家都愛用 NAND flash ，要是有人為它搞個 IP 或函式庫之類的，勢必可大幅節省開發時間。

相信處理過 NAND flash 的 firmware 人員，在啃讀 datasheet 的過程，難免得謹慎地交叉比對，好好推敲那也佔了不少篇幅的時序圖，以免自己還是不夠小心，誤解文意……

不知道大家看了那一疊 waveform 後，有什麼感想？我的看法是，那疊圖雖補足了許多重要細節，卻沒能好好強調重點，抽象度不夠。這根本是在折磨 firmware 人員，使我們構思演算法時綁手綁腳。

因此，在 K 完文件後，我為這疊 command waveforms 作的第一件事就是－－提昇抽象度，強調重點，用 Computer Science 學生都看得懂的語言重新詮釋過：

基本的正規表示法就捕捉到 NAND flash commands 的內涵，充分表現出蘊藏其中的模式 :)

適當的表示法可以流暢表達所思所想，幫助我們釐清思緒、避免錯誤；好的表示法更可以提供新的洞見，讓我們解決乍看之下非常困難的問題，甚至進一步導致新的發現。

將來要實現自動化，或 Workflow 軟體時，正規、簡明的表示法更是一個必要的基礎設施。

後記：就 NAND flash 而言，僅僅是 command 的正規化還不夠方便；為 NAND flash 設計演算法時，最好再架上另層一抽象，以幫助思考。

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NAND Flash 簡介

撬開一張 SD 卡，裡面最顯眼的，當然就是那大大一顆的 NAND flash ，我們餵給 SD 卡的資料都儲存在裡面；在 NAND flash 旁邊，還可看到一顆小一號的，那就是 controller IC ， 要確保資料的儲存是安全可靠的，有九成的責任都要算在 controller 身上。

在硬體介面方面， NAND Flash 雖有 bus 結構，卻沒去區分 address bus 及 data bus 。在 NAND Flash 上進行任何操作（如 read, write, erase 等），都要透過 command ，且無論 address, data, 或 command，都以同一組 I/O bus 傳輸。

此外， NAND flash 在資料 program 或保存過程，還會隨機出錯，所以廠商才會建議搭配 ECC (Error Correcting Coding) ，以資料冗餘來偵測及更正這種隨機的錯誤。

就算不考慮上述這些， NAND flash 還是非常難纏，對 firmware 人員來說更是如此：它無法像 RAM 或 ROM 那樣，隨插隨用；也不像 serial NOR flash 那樣，照著 spec. 下下 command 就能了事。我就以 Samsung K9F1G08U0B 這顆 NAND flash 為例，摘要如下：

相較於其他 floating gate 製品，NAND Flash 最讓人詬病的是壞塊（bad blocks），不但一出廠就允許壞塊存在，在保固的使用壽命內好塊還會陸續變成壞塊，更慘的是壞塊的發生還是隨機的。也因如此， NAND flash 的 firmware 或專用的檔案系統都得好好管理壞塊（Bad Block Management），讓用戶察覺不到壞塊存在。

再者，同樣是 floating gate 組出來的， NAND Flash 當然也有明顯的寫入次數限制，再加上它常用於頻繁、不均勻的寫入場合，所以要有一個叫作 wear leveling 的抽象層，讓針對單一邏輯位址的多次寫入，分散到不同的實體位址，以避免太快壽終。

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