数据恢复: NAND 闪存芯片物理结构、数据组织及镜像提取参数设定

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• 天津鸿萌科贸发展有限公司是专业 NAND 闪存数据恢复工具 VNR (Visual NAND Reconstructor) 的授权代理商。

NAND 闪存的物理结构
闪存的物理结构如下图所示：NAND 芯片->晶体->平面->块->页

点击输入图片描述（最多30字） 页面大小决定了读取操作的最小数据大小。
块大小（实数）决定了写入和擦除操作的最小数据大小（PE周期）。
块大小（标称）和实际块大小值仅在TLC（三层单元）闪存芯片的情况下使用。通常在这些芯片中，标称块大小是4的倍数，但实际块大小是3的倍数。例如，如果标称块大小等于256页，则实际块大小等于192页。其余64页在闪存中寻址，但在物理上并不存在。因此，为了正确处理数据，有必要考虑地址空间中的这些准入。飞机尺寸也有类似的情况。在所有其他情况下，除TLC芯片外，标称尺寸=实际尺寸。
平面尺寸（实际）决定了晶体的容量。
平面尺寸（标称）用于 TLC 存储，在所有其他情况下：
“COL 和 ROW 周期”决定了所有闪存地址空间需要多少字节。默认情况下，它必须设置为CLO=2，ROW=3。
“二次读取命令循环”标志确定是否需要根据JEDEC标准使用第二周期读取命令0x30。
"协议"决定了存储芯片的数据传输方式。有4种协议：

• 异步 ONFI/SDR
• DDR
• WL三重地址
• WL三重地址+DDR

NAND 闪存芯片中的数据组织
根据简化的物理结构，NAND 闪存被分为块和页。

点击输入图片描述（最多30字） 为了描述闪存存储设备的内部结构和功能，我们使用以下术语：物理块、虚拟块、物理页、虚拟页、数据区（逻辑扇区）、备用区。
物理块。闪存设备被划分为物理内存块。它们是最小的内存区域，可以通过一次擦除操作擦除。物理块大小取决于特定闪存的组织，可以是：64、128、256、512、1024、2048 KB，或者在TLC存储单元的情况下为-1.5、3 MB（大小表示不包括备用区）。
虚拟块。闪存上的存储设备按虚拟内存块工作，虚拟内存块由一个或多个物理块组织而成。这取决于存储设备的组织和多平面页面分配方案。虚拟块根据其LBN（逻辑块编号）对应于驱动器的逻辑块，该LBN存储在其页面备用区域中。
物理页面。 每个物理内存块被划分为小内存区域，由控制器作为读写的最小数据量进行操作。页面大小取决于具体闪存的组织，可以是512、2048、4096、8192、16384字节（大小表示不包括服务区域）。
虚拟页面。它由几个物理页面组成，并根据LPN编号（逻辑页码）对应于逻辑页面（在逻辑块中）。虚拟块由虚拟页组成。
数据区（逻辑扇区）是一个最小的内存区，可供操作系统使用，也可作为块上设备内存供闪存设备使用。通常逻辑扇区大小为512字节。我命令读取一个扇区控制器需要读取整个页面到缓冲区。
备用区（SA）。分配用于存储控制器服务数据和ECC代码，不参与逻辑地址空间（LBA）
形成。
提取 NAND 芯片物理镜像时的参数设置
当从内存芯片中提取物理镜像（读取转储）保存到文件时，需要读取芯片 ID 并设置读取参数。
VNR（Visual NAND Reconstructor）可视化 NAND 重建工具套件是专业的 NAND 闪存数据恢复工具。该软件内置芯片配置数据库。对于其中大多数 NAND 芯片，参数是在读取 ID 后自动定义的。如果芯片是新型号，并且有数据表，则可以手动将其添加到库中。对于满足 ONFI 规范要求的芯片（海力士、Sandisk、英特尔、美光、Spansion），可以通过使用 ONFI 页面参数进行自动设置检测。

点击输入图片描述（最多30字） NAND 芯片参数解读
所有 NAND 芯片参数可初步分为四组：识别参数、物理参数、晶体几何参数、读取协议参数。

• 识别参数：型号供应商标识符（ID）
• 物理参数：速度、功率、I/O电源总线
• 晶体几何参数：页面大小（字节）、标称块大小（字节）实际块大小、晶体中的平面数（1/2/4）、芯片中的晶体数量（1/2/4；CE引脚）
• 协议参数：COL 循环、ROW 循环、二次读取命令循环、数据传送协议

速度定义使用闪存芯片时的信号频率。
VNR 读卡器支持3种速度模式：高速（~8Mb/s）、中速（~4Mb/s）和低速（~1.5 Mb/s）。
电源定义闪存芯片电源输入Vcc（引脚12和37）上的电压水平。
I/O功率定义I/O端口VccQ（引脚34和39）的电压水平。VNR 读卡器支持以下电压：
1.6V；1.8V；2.0V；2，3V；2.5V；2.7V；3.0V；3,3V；3.6V；4.0V。
对于具有大量位错误的芯片，需要进行功率调整。较低的功率等于较低的噪声和更好的数据质量。
总线定义数据传输线（IO总线）的数量。它可以是8位和16位。这两种模式都在硬件级别上得到支持。
引脚分配根据下图确定引脚的信号分配。
VSP信号状态（特定于供应商的引脚）定义了 VSP1（引脚38）、VSP2（引脚35）、VSP3（引脚20）的信号状态。当其标志等于1时，默认状态为0。

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