跨行固件工程师的开发之路（1）

bg：末9和电子毫不相关的某天坑工科，只写过C语言

新工作做什么的？

Flash特性研究。

上班第一天除了配置环境，安装软件，还了解以下两个概念：

1、主控

在存储设备中，主控（Controller） 是指负责管理存储芯片（如NAND Flash、DRAM等）操作的核心芯片，它是存储设备（如SSD、U盘、SD卡等）的“大脑”，直接影响性能、寿命和可靠性。

存储主控的核心功能

1. 数据读写管理

   • 控制数据的读取、写入、擦除操作，优化存取速度（例如：通过多通道并行读写提升SSD性能）。

   • 处理主机（如电脑CPU）与存储芯片之间的通信协议（如SATA、NVMe、USB等）。

2. 磨损均衡（Wear Leveling）

   • NAND闪存每个存储单元有擦写次数限制（如TLC芯片约500-1000次）。

   • 主控会动态分配数据写入位置，避免某些区块过早损坏，延长寿命。

3. 坏块管理（Bad Block Management）

   标记并隔离损坏的存储单元，防止数据写入不可靠区域。

4. 纠错（ECC，Error Correction）

   使用算法（如LDPC）检测和修复数据错误（尤其在高密度TLC/QLC芯片中至关重要）。

5. 垃圾回收（Garbage Collection）

   清理已删除数据占用的区块，整理碎片空间，维持写入速度。

6. 加密与安全

   支持硬件加密（如AES-256），保护数据安全（常见于高端SSD或企业级存储）。

7. 缓存调度

   管理DRAM缓存（如有）或模拟缓存（HMB技术），加速随机读写。

主控的硬件构成

• 处理器核心：多为ARM架构或RISC-V核心，负责运行固件算法。

• 闪存接口：连接NAND芯片（支持ONFI、Toggle等协议）。

• 主机接口：对接电脑或设备（如PCIe、SATA、USB等）。

• DRAM接口：部分主控外接DRAM作为缓存（如三星SSD）。

主控与固件的关系：

主控需要配套的固件（Firmware）才能工作。固件是写入主控的软件程序，负责实现上述功能。厂商通过更新固件可修复漏洞或提升性能。

（固件也就是软件，也就是你写的程序啊算法啊之类的东西，当然没那么简单，只是举个例子）

固件（Firmware） 是嵌入在硬件设备中的一种特殊软件，负责直接控制和管理硬件的基本功能。它介于硬件和高级软件（如操作系统）之间，是设备能够正常运行的基础。

那怎么把固件弄进主控里呢？

作为一名开发者而言，我们一般有几种方法：

1、开发者调试（底层烧录）

• 接口：

  • JTAG/SWD：直接调试主控的ARM/RISC-V核心（需开放调试接口）。

  • UART串口：通过串口日志监控烧录过程（常见于开发阶段）。

• 工具：

  • OpenOCD、J-Flash等调试工具，或主控对应的私有烧录软件。

2、固件升级

• 工具：利用升级工具（如EXE程序、Linux脚本）或设备内置升级功能。

• 接口：

  • SATA/NVMe SSD：通过主板接口（AHCI/NVMe协议）发送固件更新命令。

  • U盘/TF卡：通过USB或读卡器，使用量产工具或专用软件。

• 流程示例（以消费级SSD为例）：

  1. 下载厂商固件包（如.bin或.iso文件）。

  2. 运行工具（如三星Magician、WD Dashboard）。

  3. 工具通过标准协议（如NVMe Firmware Update Command）将固件传输至主控。

  4. 主控验证并写入新固件，完成后重启生效。

学习课程《存储与现代存储》

1、存储的本质：可以存进去，可以取出来，不会很快消失； 

2、现代信息系统的组成（存储）：硬盘、内存、cache、register、RAM、ROM

3、存储层次结构：

层级	存储类型	速度	容量	用途	示例
寄存器（Register）	CPU内部存储单元	1-2 ns	几十~几百字节	存储当前执行的指令和操作数	x86的EAX、ARM的R0-R15
高速缓存（Cache）	SRAM（静态随机存储器）	2-10 ns	KB~MB级	缓存CPU频繁访问的数据	L1/L2/L3缓存（Intel/AMD）
主存（RAM）	DRAM（动态随机存储器）	50-100 ns	GB~TB级	运行程序和临时数据存储	DDR4/DDR5内存条
存储设备	NAND Flash/HDD	微秒~毫秒级	GB~TB级	长期数据存储（文件/系统）	SSD（NVMe/SATA）、机械硬盘
离线存储	磁带/光盘/云存储	秒~分钟级	TB~PB级	备份和归档

4、现代存储介质：

光存储：

原理：光盘上有凹凸不平的小坑，光照射到上面有不同的反射，再转化为0、1的数字信号；
特点：存储寿命长+密度高+价格低+存储寿命长+信噪比高+容易机械损伤；

磁存储：

原理：磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息。

写入：将脉冲代码以磁化电流形式加入磁头线圈，使记录介质产生相应的磁化状态，即电磁转换。
读出：磁层中的磁化翻转使磁头的读出线圈产生感应信号，即磁电转换。
·特点：存储寿命长+密度高+价格低+读写比较慢

电存储：

原理：改变电路的电压，电容等指标，来存储bit1或0；
特点：速度快+体积小+选择多+相对成本较高
种类繁多：Register，Latch，ROM，RAM（SRAM，DRAM，EEPRAM，DDRRAM），NORFlash，NANDFlash，OTP，MTP。

相变存储：

原理：利用特殊材料（硫族化合物）在晶态和非晶态之间相互转化时所表现出来的导电
性差异来存储数据的。通过加热电阻到一定的温度，来改变材料的结晶和非结晶态；从而改变材料的电阻率，达到存储数据的目的。

特点：速度比较快，是闪存的10倍左右；可以像DDRRAM这样操作；不耐高温；