Мы привыкли пользоваться благами цивилизации и в последнее время их даже не замечаем. Но многие задаются вопросом, как работает тот или иной механизм. Эта статья написана для любознательных людей, которые задаются вопросом, как работает флешка? По восстановлению флеш-накопителей можете .
Для хранения информации используются ячейки памяти. Одна ячейка способна сохранить в себе только один бит. На этот бит записывается элемент двоичного кода 0 или 1.
В одной флешке находятся миллиарды ячеек, которые готовы запоминать для Вас информацию. Из восьми бит получается один байт. Так накопитель на один гигабайт состоит из 8 589 934 592 ячеек памяти, а эта статья вмещается приблизительно в 20 000 ячеек.
Ячейки памяти являются транзисторами. Транзистор имеет два полупроводника n-типа, они находятся у него по бокам. Эти полупроводники имеют множество свободных электронов. При движении этих частиц проходит ток.
Посредине полупроводников n-типа размещён полупроводник p-типа, который характеризуется недостатком электронов. По нему ток переносится по дырках, в которых недостаёт электронов.
Из-за различающегося типажа проводимости этих полу проводимых материалов, ток не имеет возможности пройти между ними.
Транзисторная конструкция предусматривает наличие управляющего затвора, который расположен над p-полупроводником. Он является электродом и на него подаётся напряжение. При подаче положительного напряжения он отодвигает дырки р-полупроводника и притягивает частицы. Это обосновано притягиванием противоположных зарядов.
С этого получается так званый n-переход. Он нужен для перехода электричества с одного n-полупроводника на другой, в результате чего транзистор пропускает ток.
Управляющий затвор имеет разделение с p-полупроводником, которое называется плавающий затвор (пластина из поликристаллического кремния). При отрицательном заряде пластины ток не будет проводиться транзистором, не завися от заряда управляющего затвора, что может помешать его работе в дальнейшем.
Процесс считывания информации с флешки происходит следующим образом. На управляющий затвор подаётся напряжение. Это необходимо для определения ноля или единицы, которые находятся в этой ячейке памяти. Сочетание нулей и единиц дает представление машине, которая считывает информацию, о закодированных символах.
При избытке электронов на управляющем затворе ток не идёт. Это свидетельствует о единице.
При нехватке электронов на управляющем затворе ток идёт. Это свидетельствует о нуле.
Для записи информации необходимо наполнить плавающий затвор электронами. Но это сложная задача из-за слоя диэлектрика, который окружает его и не даёт пройти току.
Электроны в плавающую ячейку помещаются подачей положительного заряда, выше того что подаётся при чтении, при котором они и запрыгивают, проходя слой диэлектрика.
При стирании информации на плавающий затвор подаётся отрицательное напряжение, и электроны спадают с плавающего затвора.
Именно так и работает та маленькая вещица, которая облегчает нам обмен информации.
Предлагаю в качестве подарка скачать бесплатную книгу: причины зависаний на ПК, восстановление данных, компьютерная сеть через электропроводку и много других интересных фишек.
Еще больше интересных новостей, а главное общение, решений ваших проблем! Добавляйтесь в телеграм -
Все чаще приносят сгоревшие флешки, порой с проплавленным корпусом. Ремонтировать их, как правило, бессмысленно, дешевле новую купить. Но данные снимаются без проблем.
В чем же причина частых поломок? Если кратко - в конкуренции. Рынок давит на производителей: «Давайте больше, быстрее и дешевле». Многократный обвал цен (двухгигабайтная флешка сейчас стоит менее $10, а несколько лет назад продавалась за $100) вынуждает даже солидные компании экономить каждый цент. Прежде всего упрощают схемотехнику - выкидывают фильтры, предохранители, а то, без чего не обойтись (в первую очередь, стабилизатор напряжения) стараются максимально интегрировать.
На плате остается одна микросхема контроллера, в которой сведены силовые и сигнальные цепи. Защиты от помех и бросков напряжения там практически нет, любой всплеск или разряд статики губит контроллер. Хуже того, он может перегреться и выйти из строя просто при длительной активной работе - о грамотном теплоотводе заботятся далеко не все производители. Свою долю вины несут и некачественные блоки питания компьютеров с их нестабильностью и пульсациями в линии 5 В.
Все это стоит учитывать при эксплуатации флешек. Я, например, предпочитаю модели старого выпуска с прочным корпусом, дискретной схемотехникой и полноценной защитой. Пусть они несколько громоздки, а емкость мала по нынешним меркам (2-4 Гбайт), но надежность - куда выше.
Пользователи, особенно женская их часть, любят «изящные штучки», поэтому на рынке появилась масса флешек с открытым разъемом USB. Они действительно более тонкие за счет отказа от металлического бандажа, однако пластиковый «язычок» с четырьмя контактными пластинами подвержен множеству опасностей. Его можно сломать при неаккуратном подключении к порту, поцарапать либо испачкать при транспортировке, но главная угроза - это статический заряд на теле человека.
Статику сложно контролировать, она легко накапливается и достигает опасного уровня. Особенно это актуально зимой с ее сухим воздухом и шерстяной одеждой. Стоит наэлектризованному хозяину случайно прикоснуться к контактам - и флешка тут же отправляется к праотцам. Особенно пагубно пытаться протирать их «от грязи».
Статики боятся и карты памяти с открытыми контактами (а это самые ходовые форматы - все разновидности SD и MS). Их всегда надо держать в защитном пластиковом футляре или на худой конец в антистатическом пакетике и брать в руки только при установке в слот кард-ридера или портативного устройства. Разумеется, касаться контактов нельзя ни под каким видом. Протирать их, если уж это необходимо, надо тонкой ватной палочкой и строго по одному.
Я вообще советую пореже переставлять карты, а для копирования данных подключать к ПК сам гаджет (камеру, плеер, навигатор и т.п.) в режиме внешнего накопителя. Тем самым не только снимается угроза статики, но и предотвращается износ контактов. Ведь «золотое» покрытие там крайне тонкое и быстро истирается при перестановках. Экономные китайцы довели его толщину до 0,5 мкм, что на порядок меньше советского стандарта.
Пользователи жалуются, что флешки емкостью 8 Гбайт и выше работают заметно медленнее, чем старые 2-4 гигабайтные, особенно при записи. Это вполне объяснимо - конкуренция мешает! Все «большие» флешки нынче делаются на чипах памяти класса MLC. Вариант на быстрых и надежных SLC вышел бы втрое дороже и вдвое крупнее по размеру. Такие конструкции будут неконкурентоспособными, почему и отсутствуют на рынке.
Чипы MLC дешевы, имеют большую единичную емкость (в 2011 году она дошла до 32 Гбайт на кристалл) и высокую скорость чтения. Их ахиллесова пята - запись: скорость падает в разы, а на мелких файлах - на порядки, до 100 Кбайт/с. Сохранить, например, типичный программистский проект терпения не хватит. Выход в предварительном архивировании - запись одного большого файла займёткуда меньше времени.
Замечу, что современные архиваторы, такие как RAR, имеют функцию парольной защиты, а также возможность восстановления архива, прочитанного с ошибками (за счет регулируемой избыточности). Это весьма полезно для флеш-накопителей, которые нередко теряются и могут попасть в чужие руки либо после длительного использования начинают сбоить.
Рынок четко показывает, что массовому потребителю низкая цена и компактность важнее скорости и надежности. Вот производители и идут у него на поводу. SLC-модели еще выпускаются, хоть и в незначительном количестве, но их не завозят: торговцы боятся «зависания» дорогого товара. Если рядом на прилавке лежат две флешки одинаковой емкости по цене 700 и 2 200 р., понятно, что выберет покупатель. А знатоков, понимающих разницу, - единицы, на них торговлю не сделаешь.
USB-ключи защиты от Aladdin Co. и других фирм сейчас применяются очень широко, достаточно назвать программу «1C:Бухгалтерия». Увы, механически эти изделия довольно непрочны - только за последнее время пришлось чинить три экземпляра.
Чтоб затруднить доступ к микросхеме, корпус ключа сделан цельнолитым, а разъем USB просто вставлен в пластик. Силовых деталей, воспринимающих нагрузки, там нет (в отличие от обычных флешек, где разъем крепко припаян к плате). При случайном ударе разъем выворачивается «с мясом», а контактные пластины ломаются.
Новый ключ недешев (около 2 000 рублей) и порой малодоступен, вот и приходится их чинить, реставрируя разъем из аналогичных деталей и сажая все на эпоксидный клей. Так что ремонт флешек повернулся еще одной стороной. Аккуратнее обращайтесь с ключами, помните - прочный корпус еще не означает большой надежности.
Как я уже писал чуть выше, большинство выпускаемых сейчас флеш-накопителей не имеют дискретных цепей, регулирующих питание, - стабилизатор интегрирован в контроллер. Так выгоднее для производителя, но хуже для пользователя: нет запаса по току и нагреву, стабилизатор сгорает даже от незначительных бросков напряжения.
При этом сигнальные цепи зачастую остаются исправными, надо лишь подать на них нужное напряжение. Я встраиваю в схему внешний стабилизатор. Купил партию этих деталей и определил точки подключения. Так удается починить немалый процент «безнадежных» флешек. Безнадежных в том смысле, что контроллер на замену сгоревшему купить негде, эти заказные микросхемы в продажу не поступают. А выпаивать из других экземпляров - бессмысленно, ремонт по стоимости будет близок к новой флешке.
Данная технология имеет смысл для моделей средней и большой емкости, у которых достаточно просторный корпус (чтобы помещалась новая деталь) и отсутствует гарантия. Таких, на удивление, очень много - люди берут флешки в самых разных местах, часто далеко от места жительства, да еще зачастую выбрасывают гарантийный талон. Что могу сказать - зря.
Регулярно клиенты приносят флешки с поврежденной файловой системой (на флеш-накопителях применяется чаще всего FAT32, редко exFAT, еще реже NTFS). Как правило, не открывается каталог, с которым последним шла работа: там одна «грязь». Понятно, что ущерб это наносит серьезный. Многочисленные программы для логического восстановления данных (на жаргоне ремонтников - «рекаверилки») помогают редко - повреждения слишком обширны.
В шестнадцатеричном редакторе видно, что на этом месте записан регулярный паттерн с преобладанием единиц. Размер «пятна» имеет обычный размер 128 Кбайт - это единица страничного обмена с чипом. Видимо, при интенсивном обновлении таблиц файловой системы происходит сбой, страница расписывается паттерном, и каталог безнадежно портится.
Стоит помнить об этой опасности, если на флешке находятся активно изменяемые данные (например бухгалтерские базы). Советую не открывать их с флешки, а предварительно скопировать на жесткий диск и работать там. Только не забывайте о сохранении файлов в конце работы.
Время от времени обращаются растерянные клиенты, которые оставили на целый день флешку включенной в порт USB, а вечером получили ее работающей со странными сбоями или вообще без признаков жизни. Что ж, ничего удивительного. Флешка проживет значительно дольше, если не держать ее долго включенной. Даже на холостом ходу, без обращений к файлам схема прилично греется и деградация чипов памяти идет быстрее. Как следствие, в скором времени появляются дефекты. Особенно это заметно при дешевом блоке питания, выдающем нестабильное (в основном повышенное) напряжение 5 В.
Оптимальный стиль работы - подключил флешку, скопировал нужные файлы и отключил. Замечено, что острота проблемы различается от флешки к флешке, и предсказать нагрев бывает трудно. В разных экземплярах одной и той же модели могут стоять контроллеры различных модификаций с неодинаковым потреблением тока, различается также стойкость чипов к нагреву (но это чистая лотерея, качественных микросхем не гарантирует практически никто).
На нагрев может повлиять и операционная система. Так, в Windows Vista и в «семерке» флешки часто греются сильнее, чем в Windows XP. Видимо, сказываются различия в драйверах - частота запросов и т.п.
Поэтому имеет смысл время от времени проверять температуру флешки при работе. Если корпус горяч на ощупь (нагрелся до 45 %BAC и выше), то это уже небезопасно: температура чипов обычно на 20-25 %BAC больше, а при 70 %BAC и выше деградация памяти сильно ускоряется (хотя формально по спецификациям кристаллы NAND выдерживают температуру до 125 %B0C). Такой флешке особенно вредны продолжительные сеансы работы.
Многие пользователи заразились маркетинговой «гонкой гигабайт» и регулярно удваивают объем своих рабочих накопителей, дошедший в массовых моделях до 64 Гбайт. Я все же советую не гнаться за большой ёмкостью - такие флешки заметно менее надёжны. Чем больше чипов памяти, тем выше потребляемый ток и нагрев силовых цепей.
Огромная плотность упаковки информации в новейших кристаллах делает их крайне чувствительными как к нагреву, так и к различным излучениям. Среди последних лидирует рентген в аэропортовских сканерах - были сообщения о порче информации на флешках после прохождения спецконтроля. Космические лучи во время полета тоже нельзя сбрасывать со счетов (свинцовую фольгу оставим параноикам).
Для уменьшения размеров корпуса (это тоже маркетинговый ресурс, громоздкие модели хуже продаются) чипы припаивают на плату «бутербродом», соединяя одноименные выводы. Нижний чип при работе сильно греется и довольно быстро выходит из строя. Проявляется это сначала ростом дефектов, а затем полной блокировкой контроллера (он следит, чтобы количество дефектных ячеек не превышало определенного порога, обычно 2-3% от общего числа). Такая флешка требует замены по гарантии или применения технологической утилиты низкоуровневого форматирования.
Недавно довелось чинить экземпляр 32 Гбайт, где стояло четыре восьмигигабайтных чипа в виде двух «бутербродов» по обе стороны платы. Технологическая утилита показала большое количество ошибок в конце адресного пространства (тест, кстати, занял почти целый день - вот где неторопливость многоуровневых ячеек проявляется во всей красе). Вывод - один из чипов деградировал, скорее всего, от перегрева. Клиент не согласился на мое предложение исключить его из адресации, и я отформатировал флешку на полный объём, попытавшись улучшить охлаждение с помощью алюминиевой фольги.
Хотя непосредственно с вирусами ремонтник дела не имеет, замечу, что в последние годы флешки стали одним из главных каналов распространения заразы. Советы по блокировке автозапуска легко найти в Интернете. Это поможет избежать заражения тем пользователям, кто часто подключает флешки с неясной предысторией. Например, в офисные компьютеры вирусы нередко попадают «с подачи» сервис-инженеров, выполняющих регулярное обновление ПО - бухгалтерских программ, справочных баз данных и т.п. Их транспортные накопители (флешки, внешние жесткие диски и даже DVD) нередко содержат вирусы и трояны, запускающиеся через autorun.inf. Кочевая жизнь способствует инфицированию и переносу заразы.
В этой связи стоит пожалеть, что из конструкции флешек исчез переключатель защиты записи, обычный элемент конструкции еще 3-4 года назад. Аппаратная блокировка записи - радикальное решение, избавляющее выездного специалиста от риска заразиться самому и добавить проблем своим клиентам. Увы, современные контроллеры этой функции уже не предусматривают, причина, скорее всего, в экономии.
Так что цените флешки с блокировкой записи, пусть их ёмкость и мала по сегодняшним меркам. При минимальном отборе все необходимое вполне помещается. По моим сведениям, одной из последних моделей с переключателем была PQI 339 емкостью 8 Гбайт. Она выпускалась в 2009 году и, возможно, еще доступна.
Я уже упоминал про ненадежность открытого USB-разъема у флешек. Беда в том, что он обычно сочетается с монолитным корпусом, представляющим собой тонкий брусочек пластика. Стандартные микросхемы в корпусе TSOP-48 туда физически не влезают, и производители применяют бескорпусные кристаллы, заливая весь монтаж компаундом (технология сборки COB - Chip от Board).
Подобные конструкции неплохо защищены от влаги, пыли и ударов, но, увы, они совершенно неремонтопригодны, да и восстановить данные со сгоревшей флэшки практически невозможно. К кристаллу памяти ведут тончайшие проволочки - как к ним подключиться? Страдалец-хозяин может предлагать любые деньги, ни один ремонтник за работу не возьмется.
Впрочем, подобных случаев стало так много, что и для них разрабатываются ремонтные технологии. Предлагается послойно растворять компаунд кислотой, пока не обнажатся токоведущие дорожки, после чего подпаять к ним панельку программатора. Разводка выводов определяется для каждой модели по исправному экземпляру. Понятно, что стоить такая работа будет недешево.
Деловые люди все чаще приносят умершие подарочные флешки. Это те, которые раздают на всяких пафосных и не очень мероприятиях или дарят как бизнес-сувениры. Хотя корпус у них бывает породистый - кожа, полированный металл, дерево и так далее, но внутренности оставляют желать лучшего. Самая дешевая схема безо всяких защит, контроллер трехлетней давности (т.е. небыстрый), текстолит 0,3 мм (ломается как спичка), ну и завалящая флеш-память второго сорта. Такое дохнет на раз, от первого же броска напряжения или при первом серьезном усилии.
Обычный срок жизни подарочного накопителя - несколько месяцев. Если владелец хранит на нем критически важные данные (ту же «черную бухгалтерию»), поломка становится катастрофой: у бизнеса наступает паралич, накатывают убытки, данные требуется восстановить еще «вчера». Состояние несчастного описывать излишне.
В чем же причина? Очень просто - эти флешки не имеют логотипа производителя, их никогда не сдают по гарантии (ввиду отсутствия таковой), стало быть, нет обратной связи. Подобная продукция не охвачена системой контроля качества. Поэтому комплектующие для сборки выбираются максимально дешевые, не исключено, что из бракованных партий с высоким процентом отказов. Я бы советовал владельцам сразу же передаривать такие флешки знакомым школьникам.
Периодически сталкиваюсь с бизнесменами и профессионалами, использующими флешки в своей работе. Они приносят на восстановление данных модели средней и большой емкости - 16, 32 и даже 64 Гбайт. По ходу работы выясняется, что накопитель забит данными «до упора». Файлы весьма разнообразные: тут и множество бухгалтерских баз, юридические и технические справочники, переписка, архив документов и иллюстраций - в общем, все, что может понадобиться в бизнесе. Количество файлов достигает 20-30 тысяч (!).
Хотелось бы напомнить, что флеш-накопители по своей природе не любят большого количества мелких файлов, особенно часто изменяемых. Во-первых, время доступа на запись у многих флешек очень велико (десятки миллисекунд), поэтому обновление БД из сотен мелких файлов выливается в пытку для нетерпеливых. Во-вторых, ресурс флеш-памяти на запись ограничен, и описанные выше манипуляции быстро его расходуют (речь идет прежде всего об области хранения FAT).
При активной работе даже на очень добротной флешке проблемы возникают через год-полтора. Начинает сыпаться память, затем портится транслятор. В общем, не стоит считать их тождественными жестким дискам. Это, в первую очередь, средство переноса информации, а не архивный накопитель.
Я бы посоветовал неизменяемые данные хотя бы заархивировать, а лучше записать на два оптических диска типа DVD-R. На флешках же оставить оперативный минимум, высвободив не менее 40% емкости. Стоит обращаться с рабочими накопителями аккуратнее, делать резервные копии, а время от времени и менять. И тогда не придется обращаться к ремонтнику.
Суть проблемы
После сбоя по питанию, обращение к флешке становится невозможным т. к. компьютер либо вообще не реагирует на её подключение, либо выводится сообщение «USB-устройство неопознано». Этому типу повреждений больше подвержены USB-флешки, т. к. они получают питание непосредственно от порта USB и используют собственные преобразователи для питания внутренних схем. SD, microSD, CF карты используются обычно в фото-видео технике. А при подключении к компьютеру непосредственно от него не питаются, т. к. для их подключения применяются промежуточные устройства - кард-ридеры.
Причины возникновения
Влияние данной неисправности на пользовательскую информацию зависит от степени повреждения. Если выходят из строя только цепи питания флешки, то это никак не влияет на пользовательские данные и они восстанавливается полностью. Если выгорает контроллер, то необходимо выпаивать память и считывать её на NAND-ридере. В этом случае качество восстановления обычно тоже хорошее. Но если пробивает непосредственно чипы памяти флешки, то в этом случае обычно восстановление данных невозможно.
Методы диагностирования
Электрические повреждения флешек диагностируются так же, как и у любого электронного устройства. Выгоревшие элементы со следами термических повреждений видно сразу. Остальное проверяется приборами. Проверяются элементы защиты (если они есть). Проверяются подаваемые на схему напряжения. Современное производство идёт по пути увеличения интеграции и максимального сокращения количества отдельных элементов в устройствах, а также по пути улучшения энергоэффективности - линейные схемы стабилизации напряжения заменяются импульсными, с высоким КПД. Посмотрим, как менялась схемотехника цепей питания флешей со временем.
На рис. 2 представлены другие две флешки, на совершенно разных контроллерах. Общее у них то, что они содержат минимум активных компонентов (микросхем) - только контроллеры и микросхемы памяти, остальные элементы пассивные - резисторы, конденсаторы. Т.е. хоть немного, но стоимость производства уменьшена. На верхней флешке контроллер это U1, на нижней - U4. У обоих стабилизатор питания встроен в контроллер.
Ну и самый современный вариант.
Методика восстановления
В первом варианте исполнения, как на рис. 1 весь удар принимает на себя стабилизатор U2, остальное, как правило, остаётся целое. Поэтому достаточно подать питание 3,3В в нужную точку схемы, подключить флешку к USB и считать данные. Единственное, что портит эту идиллическую картину, это то, что таких флешек больше не производят. На фотографии изображена флешка Transcend JetFlash 512MB.
Во втором варианте на рис. 2, там, где стабилизатор питания встроен в контроллер так поступить невозможно. Тут можно было бы заменить контроллер, но найти такой же очень трудно. Т. к. они, даже в пределах одной модели, отличаются прошивками, зависящими от времени выпуска и применённых микросхем флеш-памяти, что вместе порождает множество комбинаций. Единственный вариант восстановления такой флешки - выпаивание и вычитывание микросхем флеш-памяти.
Рассмотрим устройство типичных флэш накопителей для лучшего понимания возможных неисправностей.
Как правило, флэшки – это не такие сложные устройства, и состоят они из следующих основных частей:
1. – печатная плата небольшого размера;
2. – припаянный на печатную плату USB разъём типа А;
3. – стабилизатор для питания флэш памяти и контроллера на 5 и 3,3 вольт;
4. – непосредственно микросхема контроллера (связь между микросхемой памяти и разъемом USB);
5. – собственно микросхема энергонезависимой NAND памяти;
6. – резонатор кварцевый, (на 12 MГц - на схеме не показан).
Типичные неисправности – исходя из элементов конструкции:
Печатная плата – многослойная основа устройства – именно на нее и устанавливаются все элементы флэш накопителя. Основные неисправности: часто - некачественная пайка, обрывы внутренних проводников при механических повреждениях таких как: удар или изгиб. Проявления: нестабильная работа флэш-памяти.
USB разъём – Непропайка контактов. Проявление: флэш-память то определяется, то нет.
Стабилизатор – Служит для конвертации и стабилизации напряжения поступающего из компьютера - в напряжение приемлемое для работы контроллера и флэш-памяти. Проявление: флэшка не определяется, определяется системой как неопознанное устройство. Выходит из строя при неправильном подключении USB разъёма.
NAND микросхема – микросхема энергонезависимой памяти. Проявление: повреждение случайных, отдельных блоков памяти (бед блоки), связано со старением или по другим причинам, основные симптомы - невозможность записи или чтения, как правило, лечится форматированием с использованием фирменной утилиты, с уменьшением общего размера флэш.
Контроллер – устройство управления энергонезависимой NAND памятью и передачей данных. В контроллере хранятся данные о типе микросхемы памяти NAND, о производителе и др. специальная информация для нормальной работы флэш накопителя. Проявление: флэш-память определяется как неизвестное устройство, устройство имеет нулевой или заниженный объём памяти. Часто горит при извлечении в «горячем» режиме. Помогает перепрограммирование контроллера с использованием фирменных утилит.
В данной статье кратко описаны преимущества современных флэш-дисков и рассматривается микросхема контроллера, на основе которой можно создавать устройства флэш-памяти с интерфейсом USB. Кроме того, автор данной статьи предлагает собственный вариант практической реализации такого устройства.
Обзор контроллеров
В настоящее время существует несколько производителей контроллеров флэш-памяти с интерфейсом USB 2.0 (USB 2.0 Flash Drive Controller). Например, компания Genesys Logic производит контроллер GL814E, а фирма SMSC - USB97C242. В начале 2004 года фирма Sigmatel анонсировала новый контроллер флэш-памяти STBD2010. В отличие от вышеназванных, данный контроллер максимально интегрирован и включает в себя все необходимые компоненты для построения готового устройства флэш-памяти с минимальным набором внешних элементов. Кроме того, он имеет современный малогабаритный корпус (рис. 1), что позволяет создавать на его основе миниатюрные устройства памяти.
При этом цена микросхемы составляет всего $1,7. Единичные образцы данного контроллера можно заказать на сайте компании-производителя (www.sigmatel.com).
Контроллер имеет две модификации: STBD2010 и STBD2011. Последняя модификация имеет некоторые преимущества перед первой. Поскольку обе модификации контроллеров имеют одинаковую структуру и полностью совместимы по выводам корпуса, здесь приводится обзор для обеих моделей контроллера с указанием отличий.
Вначале рассмотрим основные характеристики контроллера. Контроллер STBD2010/2011 имеет встроенный интерфейс USB и полностью совместим со спецификацией USB 2.0 для высокоскоростных операций. Он обеспечивает управление микросхемами флэш-памяти с архитектурой NAND. Имея очень маленький размер корпуса, контроллер позволяет создавать устройства с миниатюрными размерами. Встроенный в контроллер интерфейс внешней флэш-памяти обеспечивает обслуживание от одной до четырех микросхем памяти с 8- и 16-битной организацией шины данных. Объем каждой из четырех микросхем памяти может достигать 2 Гбит. Таким образом, суммарный объем поддерживаемых контроллером микросхем памяти может достигать 8 Гбит. Контроллер обладает свойством автоматического конфигурирования типа памяти и обеспечивает поддержку следующих типов микросхем флэш-памяти:
К числу изготовителей подобных типов микросхем памяти относятся такие известные фирмы, как Samsung, Toshiba, SanDisk, ST Microelectronics и др.
Контроллер обладает блоком аппаратной коррекции ошибок (ECC), что обеспечивает достоверность переносимых данных без необходимости дополнительной программной обработки данных.
Встроенный в контроллер регулятор напряжения обеспечивает подключаемые микросхемы флэш-памяти необходимым для них напряжением питания 3,3 и 1,8 В без использования внешних стабилизаторов напряжения и других дополнительных элементов. Входным источником питания для контроллера служит источник напряжения 5 В интерфейса USB.
Для синхронизации всех процессов внутри контроллера имеется встроенный синтезатор частот, который работает совместно с внешним кварцевым резонатором, задающим тактовую частоту 24 МГц.
Контроллер STBD2010/2011 не требует никакого дополнительного программного обеспечения в своей работе и допускает использование на компьютерах с операционными системами MAC OS, Windows МE/2000/XP. Кроме того, для более ранней версии Windows 98 SE на сайте компании www.sigmatel.com свободно доступен драйвер контроллера STBD2010/2011.
Рассмотрим структурную схему контроллера (рис. 2).
Как видно из структуры контроллера, в его состав входят блоки для поддержки интерфейса USB и работы с флэш-памятью. Протокол интерфейса USB и флэш-памяти поддерживается встроенным микроконтроллером High Performance Microcontroller, который использует для своей работы встроенную постоянную память программ ROM и оперативную память RAM. Поддержка интерфейса USB осуществляется с помощью блока высокоскоростного приемопередатчика USB2.0 Hi-Speed Transceiver и устройства управления USB2.0 Hi-Speed Device Controller. Внутренний синтезатор частот PLL обеспечивает необходимую синхронизацию работы всех внутренних устройств с помощью внешнего кварцевого резонатора на 24 МГц. Блок GPIO обеспечивает внешнее управление и индикацию режима работы контроллера. Связь контроллера с флэш-памятью осуществляется через интерфейс памяти Flash Memory Interface. Встроенный регулятор напряжения Voltage Regulators формирует из входного напряжения 5 В, поступающего от интерфейса USB, необходимые для работы ядра контроллера и внешних микросхем памяти напряжения питания 3,3 и 1,8 В.
Контроллер выпускается в современном малогабаритном 48-выводном корпусе типа QFN размером всего 77 мм.
В таблице 1 приведены основные эксплуатационно-технические характеристики данной микросхемы.
Таблица 1.
Типовая структурная схема подключения микросхем памяти к контроллеру показана на рис. 3.
Практическая реализация
Принципиальная электрическая схема устройства, разработанная автором данной статьи, приведена на рис. 4.
В этой схеме используется описанная выше микросхема контроллера D1 и всего одна микросхема флэш-памяти D2.
Перечень элементов устройства с указанием типа применяемых электронных компонентов, их номиналов и типов корпусов приведен в таблице 2.
Таблица 2.
Вместо микросхемы флэш-памяти D2 может быть использована микросхема с меньшим объемом памяти. При использовании всех 16 разрядов ввода-вывода контроллера в устройстве можно применить микросхемы памяти с 16-разрядной шиной данных. Это повысит скорость обмена с микросхемами, но несколько усложнит топологию печатной платы.
Напряжение питания поступает на устройство от интерфейса USB через разъем X1. Элементы L1, CP1 и C1 обеспечивают фильтрацию этого напряжения по высокой и низкой частоте. Контроллер D1 формирует из него напряжения питания 3,3 и 1,8 В, необходимые для питания ядра самого контроллера, а также для питания микросхем памяти. Дополнительную фильтрацию напряжений питания осуществляют блокировочные конденсаторы C4–C6. Переключатель SA1, который управляет выводом GP1 контроллера, позволяет запретить запись в микросхемы памяти с целью защиты информации от стирания. Вывод контроллера GP0 управляет через ограничительный резистор R7 светодиодом HL1, отвечающим за индикацию режима работы контроллера (хранение-обращение). Резисторы R1 и R2 обеспечивают согласование входов контроллера с дифференциальными сигналами DM и DP интерфейса USB. Остальные резисторы устройства служат в качестве опорных сопротивлений, подтягивающих уровни сигналов контроллера к напряжению питания или к заземляющему потенциалу. Кварцевый резонатор BQ1 совместно с конденсаторами C2 и C3 обеспечивает формирование задающей частоты контроллера 24 МГц.
Схема не требует наладки и при правильной сборке начинает работать сразу при подключении устройства к интерфейсу USB компьютера. При первом подключении операционная система компьютера обнаружит новое устройство и произведет установку необходимых для его работы драйверов в автоматическом режиме. В дальнейшем устройство будет включено в состав компьютера в качестве сменного диска, с которым можно осуществлять любые операции чтения, записи и стирания информации, как с обычным жестким диском.
