什么是UFS

UFS（Universal Flash Storage）即通用閃存存儲，是一種將Nand Flash和Flash controller 協議接口封裝在一起的存儲系統。主要用于數碼相機、智能電話等消費電子產品使用的閃存存儲規范。它的設計目標是發展一套統一的快閃存儲卡格式，在提供高數據傳輸速度和穩定性的同時，也可以減少消費者對于市面上各種存儲卡格式的混淆和不同存儲卡轉接器的使用。

UFS的發展史

UFS是由存儲芯片制造商聯盟JEDEC（Joint Electron Device Engineering Council）制定的一種閃存存儲器標準，這個組織也稱為固態技術協會。

1UFS 1.0

標準誕生于2011年，但是，UFS1.0相較于eMMC并沒有實質上的優勢，所以并沒有得到大規模的使用。

2UFS 2.0

2013年9月，JEDEC發布了UFS 2.0，2.0版本提供了更高的鏈路帶寬以提高性能，擴展了安全功能并提供了其他省電功能。按照數據來看，UFS 2.0提供了HS-G2和HS-G3（可選）兩個傳輸信道，理論帶寬分別為5.8Gbps（725MB/s）和11.6Gbps（1450MB/s），速度上大大超過了eMMC 5.0的400MB/s理論帶寬。從2016年開始，隨著UFS2.0實現量產以及手機處理器逐漸加入對UFS2.0的支持，UFS2.0閃存開始被主流旗艦手機所青睞。

3UFS 2.1

2016年，JEDEC又發布了UFS 2.1的通用閃存標準，2017年UFS 2.0開始向UFS 2.1標準升級，其可選的HS-G3通道也逐漸成為了“必選”。

4UFS 3.0

2018年1月30日JEDEC發布了UFS標準3.0版，該版本是針對需要高性能、低功耗的移動應用和計算系統而開發的。此外，UFS 3.0還使用MIPI M-PHY v4.1和UniProSM v1.8，具有更高的每通道11.6 Gbit / s數據速率（1450 MB / s）。其中，UFS 3.0是第一個引入了MIPI M-PHY HS-Gear4標準的閃存存儲，單通道帶寬提升到11.6Gbps，由于UFS的最大優勢就是雙通道雙向讀寫，所以接口帶寬最高23.2Gbps，也就是2.9GB/s，這個數據也是HS-G3（UFS 2.1）性能的2倍。2019年下半年大多數的主流旗艦機，也都選用了UFS 3.0。由此可見，通用閃存存儲產品開始漸入佳境。

5UFS 3.1

2020年1月30日JEDEC發布了UFS 3.1標準，相比于之前的版本，UFS 3.1更新了三個部分。包括“ Write Booster”——SLC非易失性緩存，可提高寫入速度。“DeepSleep”——增加了一種新的低功耗狀態，降低UFS的工作壓力和減少對穩壓器的喚醒來達到降低功耗的目的，延長設備的電池續航時間。以及“Performance Throttling Notifications（性能節流通知）”——當高溫導致存儲性能下降時，UFS設備可以通知主機，主機性能增強器功能是可選的。

6UFS 4.0

2022年8月18日，JEDEC正式發布了 UFS 4.0 標準，UFS 4.0的速度是UFS 3.1的兩倍，使手機體驗更快。UFS 4.0 的讀取速度從上一次迭代的 2100 MB/s 增加到 4200 MB/s。寫入速度也從 UFS 3.1 中的 1200 MB/s 提高到 UFS 4.0 中的 2800 MB/s。

UFS的組成

1UFS主控芯片

主要負責管理和控制卡內的存儲芯片以及與主機設備之間的數據傳輸和通信。

2閃存控制器

存儲器控制器是UFS芯片中的核心組件，負責管理和控制存儲器的讀寫操作。它接收來自主機設備的指令，解析和執行這些指令，并管理數據的緩存和傳輸。

3發送接收端口

這些接口電路負責與主機設備進行通信，處理和調整數據的傳輸速率和電信號。

4控制器處理器（可選）

一些較高級的UFS芯片可能集成了控制器處理器，用于執行更復雜的存儲控制和管理功能。這些處理器可以協助存儲器控制器執行錯誤檢測和糾正、數據壓縮和加密等任務。

5閃存存儲芯片

UFS芯片中的閃存存儲芯片是用于實際存儲數據的部分，通常是基于NAND Flash技術制造的，具有快速的數據傳輸速度和較大的存儲容量。

6外殼和連接器

UFS卡通常采用堅固的外殼和合適的連接器，以提供保護和方便的插拔接口。

UFS特點

1高性能

UFS提供了高速的數據傳輸速度，可達到吉比特級別的傳輸速率。它采用高速串行接口，實現了快速的讀寫操作，支持多通道操作以提高并發性能。eMMC 5.1的理論最大讀取速度可達到400 MB/s，最大寫入速度可達到200 MB/s。

2大容量

UFS支持多個存儲芯片的并行操作，從而實現了高容量的存儲解決方案。它的容量范圍從幾十GB到幾TB不等。UFS3.1和UFS4.1標準支持更大的存儲容量。目前市面上的UFS存儲器可以提供高達1TB的容量，足以滿足日益增長的數據存儲需求。

3低功耗

UFS在設計上考慮了低功耗，以滿足移動設備等電池供電應用的需求。它支持快速進入和退出休眠狀態，以降低待機功耗，并優化了數據傳輸算法以降低活動功耗。

4可靠性

UFS提供了高度可靠的數據完整性保護和錯誤檢測與糾正（ECC）功能，以確保存儲數據的可靠性。它還支持高級閃存管理功能，如壞塊管理和寫入放大抑制，以延長存儲器壽命并提高可靠性。

5兼容性

UFS具有較高的兼容性，可以與現有的存儲接口標準（如eMMC）和文件系統兼容。這意味著現有的設備可以通過簡單的硬件和軟件更新來支持UFS存儲。總的來說，UFS是一種高性能、高容量和低功耗的閃存存儲器解決方案，適用于移動設備和消費電子產品。

UFS需要做哪些仿真

5.1M-PHY接口仿真

M-PHY基于MIPI（Mobile Industry Processor Interface，移動產業處理器接口），是在移動系統中使用的串行通信協議。

1、一般這類接口都是進行IBIS-AMI仿真，用戶會獲得一個模型的文件包，其結構大致如下：

其中doc中包含的是User Guide以及release notes（非必須），內容大致包含了版本更新的內容以及案例本身的一些參數設置說明。當不明白參數如何設置的時候，可以參考此處的文檔。

Ibis文件夾中包含的是仿真所需要的*.ibs文件，設置均衡參數的*.ami文件以及輔助計算的*.dll/so 動態庫文件。以上三種類型的文件缺一不可。

pkg文件夾中包含了發送和接收端的封裝信息，以S參數的形式體現，通常仿真中是需要包含兩部分的S參數。

2、打開巨霖科技的仿真工具SIDesigner：

3、導入文件后搭建如下原理圖：

4、雙擊TX端器件進行參數設置，如下圖：

在紅框的位置會顯示選中model所對應的ami和dll文件名，如果沒有顯示，則代表該案例的文件結構非法，需要手動調整（通常在相同文件夾內）。

5、設置仿真速率以及調整AMI文件的參數，如下圖：

本例中，tx端包含了增益模式（Gain Mode），預加重（Deemphasis Mode）以及高速信道的選擇（HS Gear）。

同樣，在RX端也需要進行AMI參數的設置，區別只是參數內容不同。

6、參數設置好后點擊仿真，出現如下圖結果：

得到結果后，可以根據工具內自帶的測量工具以及MASK來衡量指標。

5.2 NANDFlash 仿真

NAND 是一種并行傳輸的接口，會在后續的并行接口仿真中進行介紹，這里就不展開了。

審核編輯：湯梓紅