Hello 大家好， 我是元存储~

目录

前言

1. 提升效果

2. Cache Read 是什么？

3. Cache Read 的闪存基础 

4. Cache Read 原理

5. Cache Read 命令和时序

5.1 READ PAGE CACHE SEQUENTIAL (31h)

5.2 READ PAGE CACHE RANDOM (00h-31h)

6. Cache Read 用处

参考

前言

NAND Flash凭借其高性能、以及低成本等特性大受欢迎，是最为广泛的非易失存储介质。为了满足业务性能要求，人们想了许多方法来提升基于NAND Flash的系统性能， 本节我们带大家探索一下其中从Cache Read 是如何提升性能， 提升大不大？

1. 提升效果

话不多说， 先看提升效果。Cache Read 相对于简单的 Page Read ，吞吐率从 27.3MB/s 提升到 36.5MB/s， 提升了 33%.

觉得还蛮给力的就继续往下探索吧？

2. Cache Read 是什么？

 在onfi接口标准(在http://www.onfi.org/～/media/onfi/specs/onfi_4_0-gold.pdf？la＝en可获得)中定义了“readcache”系列命令，包括“readcachesequential”与“readcacherandom”。toggle接口标准中定义了类似的“sequentialcacheread”与“randomcacheread”命令。

而page register起到缓冲的作用，在读多个page时，当cache传输一个page数据时，page register提前把下一个page的数据准备好。[3]

存储控制器向nand闪存芯片发出的“cacheread”命令，指示nand芯片从页寄存器读出一个数据页的同时，在相同的lun(logicunit，逻辑单元)上从闪存单元阵列中读出另一页数据。

主流的nand闪存芯片都支持“cacheread”的命令。

这里的Cache Read 是从nand 芯片中的闪存颗粒阵列里，读到NAND 芯片中的 Cache Register. 而不是指的电脑或者 SSD 带的Cache。那个属于Cache 缓存， 不再此讨论。

3. Cache Read 的闪存基础 

NAND 里每个Plane 自带有Cache Reister 和 Page Buffer, 每个的大小都是一个page(页) 的大小， 常见是 16KB(Main Area) + 2KB（Spare Area)。这为Cache Read 提供了可能。

4. Cache Read 原理

在当前页从缓存寄存器输出时，将block内的下一页数据读取到数据寄存器中（注意这里有数据寄存器，数据寄存器和缓存寄存器不是一个东西）。

5. Cache Read 命令和时序

5.1 READ PAGE CACHE SEQUENTIAL (31h)

        READ PAGE CACHE SEQUENTIAL (31h)：在当前页从缓存寄存器输出时，将block内的下一页数据读取到数据寄存器中。此命令当裸片（LUN）准备就绪（RDY=1，ARDY=1）时，该命令可以被接受。在读取页面缓存（31h，00h-31h）操作（RDY=1和ARDY=0）期间，该命令也可以被接受。

        将31h写入命令寄存器，发出此命令后，R/B#变为低电平，裸片（LUN）在tRCBSY时间内处于繁忙状态（RDY=0，ARDY=0）。tRCBSY之后，R/B#变为高，裸片（LUN）忙于缓存操作（RDY=1，ARDY=0），这表明缓存寄存器可用，并且指定的页正在从NAND闪存阵列复制到数据寄存器。此时，数据可以从缓存寄存器的列地址0开始输出。随机数据读取（05h-E0h）命令可以用于更改从缓存寄存器输出的数据的列地址。

        READ PAGE CACHE SEQUENTIAL（31h）命令可用于跨越block边界。如果在当前block的最后一页读入数据寄存器之后发出读取页缓存序列（31h）命令，则读取的下一页将是下一个逻辑block中的page。如果是跨die读取，则此命令无法实现，应使用READ PAGE CACHE LAST（3Fh）命令。PAGE CACHE SEQUENTIAL 要求要读的下一个page 是连续的[2]

        如下为顺序读缓存页时序图：

5.2 READ PAGE CACHE RANDOM (00h-31h)

        READ PAGE CACHE RANDOM (00h-31h)：此命令将指定的块中的页读入数据寄存器，同时从缓存寄存器输出前一页。当die（LUN）准备就绪（RDY=1，ARDY=1）时，该命令被接受。在读取页面缓存（31h，00h-31h）操作（RDY=1和ARDY=0）期间，它也可以被（LUN）接受。

        要发出此命令，需将00h写入命令寄存器，然后将n个地址周期写入地址寄存器，最后将31h写入指令寄存器。指定地址中的列地址将被忽略。裸片（LUN）地址必须与先前的READ PAGE（00h-30h）命令或先前的READPAGE CACHE RANDOM（00h-31h）命令（如果适用）匹配。

        发出此命令后，R/B#变为低电平，在tRCBSY时间段内，die（LUN）处于繁忙状态（RDY=0，ARDY=0）。tRCBSY之后，R/B#变为高，die（LUN）忙于缓存操作（RDY=1，ARDY=0），这表明缓存寄存器可用，并且指定的页正在从NAND闪存阵列复制到数据寄存器。此时，数据可以从缓存寄存器的列地址0开始输出。随机数据读取（05h-E0h）命令可以用于更改从缓存寄存器输出的数据的列地址。[2]

        如下为随机读缓存页时序图：

6. Cache Read 用处

Sequential Cache Read 可用于对闪存芯片进行顺序读过程中， 可显著提高顺序读的速度。如果是随机读， 一般用Cache Read 增加了复杂度， 效果还不大。Random Cache Read 有点鸡肋，使用较少。

参考

[1] 实现快速读取的方法及介质接口控制器与流程, 

     https://www.xjishu.com/zhuanli/55/201710499881.html

[2] 【FLASH存储器系列十二】Nand Flash芯片使用指导之二-CSDN博客

[3]  04_nand基本操作_Chockong的博客-CSDN博客