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基于SOPC的FLASH产品测试

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【摘要】:
摘要: NAND FLASH存储器具有读写速度快、容量大、非易失等特点,使得其成为当今电子产品中使用最为广泛的一种存储器,而且在航空航天领域也得到了大量的应用,但是由于其固有的缺陷,在出厂前需进行充分的测试,由于NAND FLASH存储器容量大,功能测试耗用时间长,针对这一问题,本文提出了一种基于NiosII的SOPC 功能测试方法,通过多块功能测试板同时测试来提高测试速度,降低测试成本。

基于SOPCFLASH产品测试

汤凡,占连样,王烈洋,吴劲劲

(珠海欧比特宇航科技股份有限公司,珠海 519080)

摘要: NAND FLASH存储器具有读写速度快、容量大、非易失等特点,使得其成为当今电子产品中使用最为广泛的一种存储器,而且在航空航天领域也得到了大量的应用,但是由于其固有的缺陷,在出厂前需进行充分的测试,由于NAND FLASH存储器容量大,功能测试耗用时间长,针对这一问题,本文提出了一种基于NiosIISOPC 功能测试方法,通过多块功能测试板同时测试来提高测试速度,降低测试成本。

关键词:NAND FLASH存储器,NiosIISOPC,功能测试板

A Testing Method of NAND FLASH on SOPC

Tang fan, Zhang Shuiping, Zhan Lianyang, Wang lieyang

 (Zhuhai Orbita Aerospace Technology Co., Ltd.,Zhuhai 519080,China)

Abstract: NAND FLASH memory has properties of high speed reading and writing, large storage capacity and non-volatile, which makes it one of the most widely used memories nowadays. Besides, it is applied more and more extensively in aerospace. Because of its intrinsic defect, NAND FLASH memories should be tested sufficiently before shipment. But it may consume lots of time to do functional tests. In order to solve this problem, this paper presents a functional test mathod based on NiosII SOPC. It can greatly increase the testing speed and reduce the cost by parallel test using multiple functional test boards.

Keywords: NAND FLASH Memory, NiosII SOPC, functional test board

 

1.         引言

       随着电子技术的发展,对数据存储的需求越来越大,作为一种非易失的存储器NAND FLASH的用量迅速增长。基于NAND FLASH的固态硬盘(SSD),与通常的硬盘相比,内部没有机械探头,因而NAND FLASH具有更快的读写速度,而且没有噪音,功耗低,不会发生机械故障,工作温度范围大,体积小,重量轻,抗振好,特别适用于航空航天领域。而航空航天领域对可靠性的要求非常高,这就要求在出厂前必须对NAND FLASH进行全面的测试。

       但是,不论对何种类型的存储器测试,都不是一个简单的事情,而测试NAND FLASH存储器则更加困难,原因主要有NAND FLASH 容量大,测试耗时长;NAND FLASH 不能对单独地址进行随机读写,NAND FLASH 的读写都是以页为单位的;NAND FLASH晶圆在制造过程中不可避免的存在坏块,在使用过程中也会产生新的坏块,因此在使用时需进行坏块管理。为了解决NAND FLASH测试中的这些问题,加快测试速度,降低测试成本,本文提出基于SOPCNAND FLASH功能测试板,通过大量低成本的功能测试板进行并行测试,节约了测试时间,降低了生产成本,同时对功能测试板进行特殊处理后,能够胜任NAND FLASH存储器高低温功能测试需求,通过跟换转接板可以实现同一块功能板测试不同的NAND FLASH 存储器,因此该方法在生产中具有一定的意义。

2.         NAND FLASH 存储器

      NAND FLASH,也称闪存,是在EPROMEEPROM基础上发展而来,它既保留了EPROM结构简单、编程可靠的优点,又保留了EEPROM快速擦除的特点,而且集成度很高[1],适用于大容量数据储存,NAND FLASH 具有以下特点[2]

1)      读写操作以页(page)为单位,而擦除操作以块(block)为单位。

2)      无单独的数据和地址总线,不能按字节进行随机读写。

3)      出厂可能存在坏块,使用过程中也可能出现新的坏块。

NAND FLASH以其读写块、成本低、容量大的优点,已成为当今电子产品中的主流存储器。

       本文以镁光(micron)生产的MT29F16G08ABABA为例制作功能测试板。MT29F16G08ABABA由存储阵列(NAND Flash array)、I/O控制器(I/O control)、逻辑控制器(Control logic)、译码器(decoder)、地址寄存器(Address register)、状态寄存器(Status register)以及命令寄存器等组成[3],如图1所示。

1 MT29F16G08ABABA结构

       NAND FLASH没有单独的地址和数据总线,因此无法对字节实现直接寻址。对NAND FLASH 存储器进行操作与其它存储器相比有所不同,以读为例,先将控制引脚置于命令状态(Command)同时在I/O输入0x00,控制引脚置于空命令状态(NOP)并在接下来的的5个周期向I/O输入行地址和列地址,地址输入完毕,将控制引脚置于命令状态同时在I/O输入0x30, 这时RB管脚电平变低,存储器处于忙状态,待RB管脚电平拉高后即可从I/O读到所需数据。

3.         硬件设

       根据任务要求,确定了图2中所示的硬件构架。在图2中,使用SOPC产生NAND FLASH读写时序,并对读取的数据进行对比分析,并将结果通过串口打印到电脑屏幕上。由于NAND FLASH存储器全空间功能测试耗时长,增加了状态指示灯,来指示系统的工作状态。为了使功能板兼容不同的存储器测试,还设计了转接板,将存储器装载在转接板上,通过识别转接板上事先设置的ID号,SOPC能够自动调用对应的程序对存储器进行测试,并且通过串口测试结果实时打印到电脑屏幕上。图3 为功能板实物图。

2 功能板构架

3 功能板

4.         测试程序编写

       测试程序基于NIOS编写[4],程序内容包括NAND FLASH ID读取,坏块识别与坏块管理,块擦除,页写入以及读取。

       4NAND FLASH ID读取函数,用于读取NAND FLASH ID,识别是否为所要测试的存储器,同时还可以初步检查NAND FLASH存储器是否放置正确,管脚是否与SOPC对应的管脚连接正常。

4 ID读取函数

       5 为坏块管理函数,由于NAND FLASH出厂可能会有坏块,因此在对NAND FLASH进行擦除、写入前需确保所操作的块是非坏块,操作前事先读取NAND FLASH中的坏块信息,并保存在坏块列表中,操作时需避开坏块,在使用时新增的坏块也要把数据拷入正常块中,并把该块标为坏块,并加入坏块表中。

5 坏块管理函数

       6为擦除函数,NAND FLASH特殊的存储机理使得写入的时候只能将存储单元中的1改写为0,而不能将单元中的0改写为1,因此在写入数据时需要对目标块进行擦除,擦除操作就是将目标块的所有单元全写为1

6 擦除函数

       7为写入函数,NAND FLASH 写入又称为编程(program),只有对目标块先进行擦除操作,才能写入。

7 写入函数

       8为读取函数,读取事先写入的数据然后进行对比分析,并统计位翻转率,将结果打印到屏幕上。

8 读取函数

       4~8中的函数为NAND FLASH的基本操作函数,通过这些基本函数可以实现NAND FLASH 的各种操作。NAND FLASH的功能算法有多种,如全0、全1、棋盘格、反棋盘格、累加数、march等等,不同的算法检测的故障不同,测试的覆盖性不同,耗用的时间也不同,可以根据测试的目的来选择。

5.         测试结果

       利用图4~8中的基本操作函数对NAND FLASH存储器进行了功能测试,图9为功能板测试结果,从测试结果可知,先读取了NAND FLASH存储器的ID,然后读取了坏块信息,建立了坏块表,再对全空间进行0xaa0x55以及累加数测试,最后统计了位翻转率,功能测试取得了预期的效果。

9 功能板测试结果

6.         结论

       NAND FLASH存储器全空间测试非常耗时,通过基于SOPC设计的功能板对NAND FLASH 进行功能测试,提高了测试效率,节约了成本,而且通过跟换转接板,烧录不同的测试程序还可以对其它类型的存储器进行功能测试,取得了良好的效果。

 

参考文献:

[1] 阎石编著,高等教育出版社。数字电子技术基础,第五版

[2]   Sirota R. Test and repair of non-volatile commodity and embedded memories (NAND flash memory). Proceeding of 2002 International Conference on Test, 2002

[3] Micron Technology, inc. MT29F16G08ABABAdatasheet, REV. E 3/10 EN

[4]ALTERA, Nios II Software Developer’s Handbook, NII5V2-

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