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用什么样的数据来测试存储器？——Flash芯片及其测试（三）

在上一篇文章中，介绍了为什么在市面上几乎见不到合格的芯片。这是因为每颗芯片在出厂之前都会经过自动测试设备（ATE）的检测。那么对于存储类的芯片来说，还有一些测试数据的类型也需要确定下来。

更确切地说是一种为了测试存储单元的好与坏而人为设计的一种数据内容。例如，对Flash芯片进行读出测试之前，我们需要先进行数据的写入。而某些时候，本次写入的数据内容又会和上一次的写入内容有关联。所以，就需要测试工程师确定下每次写入的数据内容，以及写入的前后顺序。

下面来看一下常见的数据内容有哪些。

每个bit都会写入逻辑0。

All Zero

每个bit都会写入逻辑1。

All One

根据当前列的列数而确定当前列中的每个bit 的值。

Column

根据当前行的行数而确定当前行中的每个bit 的值。

Row

这是一个类似国际跳棋棋盘的数据形式。在Flash测试中是一个很有用的数据类型。细分起来还有各种checker board变种类型。

Checker Board

这其实就是一种类似对角线的数据类型。在存储器的测试中也是必测的一种。

Diagonal

除了以上这些常用的数据类型，还有很多其他的数据形式。这些都是根据测试的需要来定的。很多时候，测试数据类型又会被称为背景数据（background data）。当然，仅仅有数据类型还不够，还要确定写入和读取的先后顺序以及每次的内容。而这，又被称为数据的读写算法。在下一篇中我们将了解这一部分的内容。

DDR5内存超频延迟高？一招教你轻松搞定

DDR5内存的价格已经非常香了，许多新用户在装机的时候也开始优先考虑D5主板搭配D5内存。但是由于CPU IMC的限制，DDR5一直是Gear2分频模式在跑，导致很多用户吐槽D5平台延迟高，效能不如高端D4。

这个观点从某些角度来说是有道理的，毕竟内存延迟对于部分应用场景还是比较敏感（比如FPS游戏）。随着内存频率提升，时序相应的放宽，如何控制内存延迟的上升是很多头疼的地方。毕竟压小参不是每个人都会的，一泡茶一下午的时间对于现在的年轻人也是弥足珍贵。

针对DDR5内存超频难的问题，技嘉在Z790/B760主板的Bios里推出了High Bandwidth（高带宽）和Low Latenecy（低延迟）两个新功能，开启后Bios会自动优化内存小参，让我们轻松获得更好的读写速度和更低的延迟。高带宽低延迟模式的实际效果究竟怎么样，一起往下看。

这次测试使用的主板是技嘉B760M AORUS ELITE AX WIFI，也就是我们常说的小雕WIFI主板。

板子采用MATX版型，WIFI版本是高颜值的银黑配色。核心供电给到了12+1+1相数字供电，单相最大电流60A，搭配8+4 Pin CPU辅助供电，轻松驾驭13代所有CPU。

技嘉B760M小雕WIFI主板提供了四根DDR5内存插槽，最大支持128G容量，双通道。内存超频方面，提供最高7600MHz+的OC频率，加上新优化的Bios，再也不用担心超频体验不好。

扩展方面，主板提供了2条X16的插槽。其中第一条CPU直出，支持PCIe 4.0X16通道，带金属加固，第二条走南桥芯片组支持PCIe 4.0X4通道。两条M.2插槽都是PCIe 4.0X4通道，其中第一条CPU直出的固态插槽还提供了金属散热马甲。第二条M.2接口采用了快拆设计，一只手就能搞定固态安装。

测试用的内存是DDR5神条-金百达 银爵 6400MHz 16GX2的套条，目前价格只要799元，叠加全品类&消费券，700元出头就能拿下，YYDS。

内存使用了海力士原厂A-die颗粒，目前最强的D5颗粒，出厂XMP频率为6400MHz，时序32-39-39-80，电压1.4V，即便是不超频，金百达银爵性能也能拉开和DDR4的差距。

测试之前我们先记得把Bios升级到最新版本，登录技嘉官网，找到对应型号的主板，下载最新的Bios。

然后拿个U盘更新就行，也可以使用技嘉B760M小雕WIFI自带的Q-Flash Plus一键更新。

更新完后我们就能在高级模式的界面里看到High Bandwidth和Low Latenecy两个选项了，默认是自动（不开）。

把两个选项改为启动，就能开启高带宽低延迟模式了。

我们先在金百达银爵内存XMP情况下，做一下对比测试。

默认状态下，6400C32的AIDA64跑分，读取91927 MB/s，写入87218 MB/s，延迟78.1 ns

开启高带宽低延迟模式后，读取提升到了97437 MB/s，提升5.9%，写入100338 MB/s，提升9.2%，延迟66.4 ns，下降15%！

鲁大师跑分，默认状态下，内存得分399773分。

开启高带宽低延迟模式后，内存得分来到了430543分，提升7.7%！

在XMP频率下高带宽低延迟模式能获得显著的内存性能提升，接下去我们对金百达银爵6400 DDR5内存条进行超频，来看看更高频率下这个模式的表现。重启进入Bios，把内存频率直接拉到主板最高的7600MHz。

在高级内存设定里，把内存参考频率改为100Mhz，Gear模式改为G2，SA GV关。

在下面的内存通道时序设定，手动输入32-44-44-62，一个比较宽松的时序，适合绝大多数用户，其他全部自动。

接下去返回一级界面，在CPU电压模块把CPU系统代理电压设定为1.27V，这个就是CPU SA电压。然后下面的内存电压模块，把CPU VDDQ电压设定为1.48V，CPU VDD2电压设定为1.43V。

最后进到下面的DDR5 Voltage Control设定，把三个电压改成1.65V、1.6V、1.9V，全部修改完，F10保存重启。

可以看到内存已经超频到了7600MHz，时序32-44-44-62，跑了十圈MMT64压力测试没问题。

开启高带宽低延迟模式的步骤和上面一样，进入Bios把High Bandwidth和Low Latenecy两个设定改为启动。

同样的，我们来对比两种情况下内存的性能表现。首先是默认状态下，AIDA64跑分，读取105.92 GB/s，写入97004 MB/s，延迟63.9 ns，可以看到这个性能表现已经非常强了。

在开启高带宽低延迟模式状态下，读取110.23 GB/s，提升4%，写入116.16 GB/s，提升12%，延迟59.8 ns，降低6.5%！

娱乐大师默认状态下内存得分435490分，

开启后得分452588分，提升幅度4%。可以看到即便是在DDR5内存高频低时序的状态下，技嘉的高带宽低延迟模式也能轻松获得更佳的性能表现。

游戏表现方面，我们在7600C32频率下，用CS：GO对比了开关高带宽低延迟模式的帧数表现。配置是13600KF 全核5.7GHz搭配RTX3090，游戏设定4K全高，同一场景下，默认状态帧数是382FPS，而超频后来到了398FPS，提升了约3.4%！

可见技嘉的这个高带宽低延迟模式确实是个黑科技，不用费心费力去调小参就能让用户获得显著的内存性能提升。对于原本偏大的内存延迟，能直接压到堪比DDR4的水平，而本来就很夸张的读写表现更是能和DDR4拉开更大的差距，适合喜欢折腾但又不是资深超频玩家的用户。

最后喜欢的朋友求一波三连和关注，我欢迎亲切友好的交谈，接受赞赏，并对你们的意见表示尊重。如有意见，我们可以进行坦率的交谈、充分交换意见，有利于增进值友的友谊。对于无脑喷子，这是我万万不能容忍的，希望键盘侠们耗子尾汁，讲点武德。

浅谈Flash芯片及其测试（一）

5G网络、各种双摄，三摄，多摄、VR、AR、大数据等等概念的兴起，无不预示着一个数据爆炸的时代的到来。随之而来的问题，就是如何去存储这些数据。或者说，这么多数据存到哪里。通常来说，最简单直接的就是存到自己的手机里。大家买手机时经常考虑的容量多大（非RAM），其实也就是手机自带的Flash芯片的存储容量有多大。

存储芯片应用越来越广

首先，我们来了解一下什么是flash芯片。

Flash芯片是一种非易失存储器的一种。非易失存储器的意思就是设备或者芯片断电以后，其中存储的数据不会丢失，有待再次通电之后就可以再次读出。

其他的非易失存储器如ROM,EEROM等对于大家来说接触得比较少。其实，Flash的内部电路结构和其他非易失存储器都很相似。但是因为Flash具有良好的读写速度，所以被广泛应用于民用电子产品中。

除了手机里的Flash芯片，大家接触到的最多的产品就是U盘和SSD固态硬盘。U盘本身的存储器件就是Flash存储颗粒，而把许多Flash存储颗粒按照一定的方式和协议并联、串联起来，再加上控制单元，就是大家所常用的SSD固态硬盘了。因此，Flash的应用范围和市场是非常广泛和庞大的。

那么，Flash芯片是如何把数据存储下来而不会丢失呢？

和通常意义上的场效应管不同。在控制栅和导电沟道之间增加了一个浮置栅。也就是下图中红色部分。这一浮栅可以存储电子，同时浮栅又与周边各电极都处于绝缘状态。当芯片没有通电的状态下，电子就相当于被锁在了这个浮置栅之中。

所以，Flash存储数据的实质就是将电子存入浮栅晶体管。浮栅之内是否有电子存在也就对应着二进制的0和1。

大家可能有疑问，既然这个浮栅的四周都是绝缘的。那是如何把电子导入或者取出的呢？其实，这个就是利用了量子力学中的量子隧道消音。有兴趣的同学可以自行去百度。哈哈。

图中红色部分就是浮栅

浮栅晶体管的符号

了解了Flash的存储物理机理后，我们再来看一下存储结构。

根据浮栅晶体管的连接方式的不同，可以分为NAND Flash和NOR Flash。这两种类型的存储原理都是一样的。但是因为电路设计的不同，具有了不同的特性以及应用方向。

NAND Flash，结构简单，单位面积上存储的数据密度大，适合存储数据使用，但是不能在这种Flash上直接运行程序，需要先把数据读到RAM中再进行执行。

NOR Flash，结构略微复杂，单位面积上存储的数据密度要小于NAND Flash。但是操作灵活，可以在这种FLash上直接进行运行程序，不需要先读金RAM里再进行执行。

NAND Flash和NOR Flash

再接下来，我们就能明白一个Flash存储颗粒是如何划分数据的存储区域了。

举个栗子，下面是一个2Gb的Flash的容量结构图。

可以看到，最基本的存储单元是1个Byte（也就是8个bits），2048个Byte组成了1个page，64个page组成了一个Block，2048个Block也就是一颗Flash芯片的存储大小。

一颗Flash的存储单元的划分

在了解了这些基础知识之后，再下一篇文章里将更加深入的了解Flash的内部存储机理，浮栅里的电荷是如何转换成数字的“0”和“1”的。什么是SLC，MLC,TLC。这些将为更好的测试Flash打下基础。

单片机实例分享，简易网络测试仪

网络已经融入了当今生活的各个方面，成为绝大多数人生活中不可或缺的重要组成部分。因为职业的关系，笔者经常会接触到网线的铺设以及网络的测试等方面工作，在工作中我发现借助专业的网络测试仪，可以极大地减少网络故障的排查时间，并能很好地提高工作效率。

专业的网络测试仪功能很强大：电缆查找、扫描线序、PING功能、寻找端口以及数据包分析等。然而，不容忽视的是，尽管一个专业的网络测试仪功能很强大，但价格往往不菲，动辄上万，因此相对于国外来说，国内使用范围还很有限。能不能自己设计一个简单实用的网络测试仪呢?当然可以。

网线制作的线序可以使用网线测试仪进行测试，并且价格也很便宜，因此，暂且忽略这个功能。综合考虑常用的几个功能，笔者设计的简易网络测试仪(以下简称测试仪)支持：PING功能、DHCP功能测试以及网络访问测试，也就是说，此测试仪建立在网络数据传输之上，能直观地反映网络传输性能。

笔者的设计思路如图30.1所示。

图30.1 简易网络测试仪结构

图30.2所示是此测试仪所用元器件，使用的元器件清单如表30.1所示。

图30.2 元器件实物

表30.1 元器件清单

1传输接口芯片

网络传输接口是本测试仪的重点，选择一款合适的接口芯片对于简化制作及日后工作的稳定性都尤为重要。在这里，笔者选择了 ENC28J60，ENC28J60 是 Microchip Technology(美国微芯科技公司)2005年推出的28引脚封装独立以太网控制器。自从推出以来，应用极其广泛，这得益于它的引脚非常少、外围电路很简单、使用3线SPI串行接口和单片机通信。由于它占用芯片引脚非常少，所以焊接容易，甚至可以直接在洞洞板上进行电路布局。

2.MCU 主控芯片

由于选定ENC28J60作为网络接口芯片，MCU的引脚只需保证以下条件即可：

(1)支持3/4线SPI接口，用于与ENC28J60通信，当然，用I/O模拟也可，只是速度会稍慢;

(2)网络需要一定的数据包RAM缓存，因此主控芯片RAM至少为1KB以上;

(3)网络协议占用大量的代码空间，考虑到扩展性，片内Flash最好大于32KB。

在此，从通用与易上手方面综合考虑，笔者选用了51内核的1T单片机STC12C5A60S2，此单片机的特点为：改进传统51单片机12T的指令运行周期，达到了1T，速度大大提高;内部Flash空间达到了60KB，不用担心因程序代码的空间过大而放不下的问题。

此测试仪的电路非常简单，主体由3片IC组成，外加带网络变压器的RJ45接口座HR911105A以及少量的阻容元器件。

显示器采用最常用的LCM1602字符型液晶显示屏，虽然只能显示16×2个字符，但经过优化的主菜单看起来效果也不错。

电路图如图30.3所示。

图30.3 简易网络测试仪电路图

从笔者的设计思路中可以看出，测试仪采用菜单的形式对功能进行分类，包括TCP网页测试页面、PING命令以及通过DHCP功能从路由器自动获取IP这3大功能。其中，对网络协议的数据包处理与分发是测试仪工作的重点，在此，笔者就对此进行简要的介绍。

网络数据传输中，最常用的协议组就是“TCP/IP协议”，是一个协议组。相对测试仪系统而言，用到的协议有以下几个。

(1)ARP协议：该协议为大部分数据传输的前提，用于询问对方的MAC地址，以便在后期点对点传输中发送含有正确MAC的数据包。

(2)IP 协议：该协议用于点对点数据传输过程，通过 IP 地址判别接收方的数据包，它是ICMP、UDP和TCP协议的“容器”。

(3)ICMP协议：换个通俗的说法，该协议就是PING，用于确认对方的连接状态，正常连接就能收到PING回应。

(4)UDP协议：该协议是简单的面向数据包的传输层协议，不需要通过复杂的握手协议，只需要知道对方的IP地址和MAC即可进行数据传输，因此具有高效、却不可靠的特点。

(5)TCP协议：该协议是高可靠性的包交换传输协议，通过复杂的握手、重发、回应协议机制进行传输，和UDP相反，具有冗余、可靠的特点。

(6)DHCP协议：该协议是用来实现自动从路由器上获取IP地址、子网掩码以及网关IP地址的功能，免去了手动设置IP的麻烦。

这6个常用的协议只是众多网络协议中的很小一部分，但却负担着大部分网络传输任务，因此，网络传输其实并非很多人想象得那么不可捉摸。

由于元器件不多，电路结构比较简单，遂采用Protel 99SE设计，完成后的PCB布局如图30.4所示。只要焊接无误，上电烧写程序后即能正常工作。笔者试制了几个均一次成功。

图30.4 PCB 布局

焊接完成之后的效果如图30.5所示，之后进行液晶显示屏装配，效果如图30.6所示。

图30.5 焊接完成图

图30.6 装配上液晶显示屏

上电初始化完成后，进入主菜单，如图30.7所示，可以按动Next按键选择相应的功能，按Enter按键确认。

选择功能1是WebServer，是运行TCP网页测试的页面，用于网络中的电脑对测试仪进行数据访问测试。与测试仪在同一网络中的电脑均可以通过IE浏览器访问测试仪，在浏览器地址栏输入测试仪的地址即可，图30.8所示为测试仪运行界面，图30.9所示为电脑访问测试仪的网页，网页上可以显示电脑的IP地址以及MAC地址。

图30.7 主菜单

图30.8 运行网页服务器

选择功能2为PING功能，它是用于测试仪对网络中的电脑进行数据交换测试，不仅可以对同一局域网内的电脑进行测试，也可对跨越路由器的远程IP地址进行PING。如果对端电脑未能对测试仪进行回应，测试仪就会显示“Response TTL= ???”;如果收到回应，则显示TTL=064(也可能是255、128、32等);如果对端的电脑跨越路由器，则每跨越一层路由器，TTL的数值就会减1，这个数据也可以粗略地估计数据包经过的路由器层数。All后的数据表示总共进行了几次PING，Succ后的数据表示成功的PING次数，All与Succ之差就是丢包的次数。网络状况良好时，一般All和Succ的数据相等。图30.10为PING功能的PING通状态。

图30.9 电脑访问网页服务

选择功能3为设置功能，可以对测试仪的IP地址、子网掩码以及网关进行设置，也可在开启DHCP功能的路由器网络内，通过打开测试仪的DHCP功能从路由器处自动获取上述3个参数，这样就更加方便使用了，图30.11所示为设置的参数。

图30.10 PING 功能的PING 通状态

图30.11 设置菜单

测试仪在设计之初，就本着尽量精简的原则，在完成支持ARP、ICMP、DHCP以及TCP协议的情况下，删除不必要的协议。因此，系统代码相当精简，只占用了大约16KB的代码空间。当然，它也仅能完成菜单选择PING命令、自动获取IP和网页显示电脑参数等简单的功能，一些复杂的网络功能，例如数据协议分析显示、网络数据包存储等，由于体积和硬件所限，在本测试仪中尚未涉及。

经过一段时间的试用，该系统运行稳定，在日常工作中与网线测试仪搭配，能够完成大部分测试和故障判断工作，完全可以满足日常的应用。

■ 为了方便大家制作，下位机、上位机的代码与 PCB 文件均可从qq群657864614下载。