NOR與NANDflash的區(qū)別及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)則與數(shù)據(jù)讀寫方法

1、NOR Flash 和 NAND Flash是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。Intel于1988年首先開發(fā)出NOR Flash 技術(shù)，徹底改變了原先由EPROM(Electrically Programmable Read-Only-Memory電可編程序只讀存儲(chǔ)器)和EEPROM(電可擦只讀存儲(chǔ)器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory)一統(tǒng)天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發(fā)表了NAND Flash 結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)降低每比特的成本，有更高的性能，并且像磁盤一樣可以通過接口輕松升級(jí)。NOR Flash 的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)

2、行（XIP ，eXecute In Place），這樣應(yīng)用程序可以直接在Flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR 的傳輸效率很高，在14MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響到它的性能。NAND的結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于Flash的管理和需要特殊的系統(tǒng)接口。通常讀取NOR的速度比NAND稍快一些，而NAND的寫入速度比NOR快很多，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮這些情況。ARM嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)從入門到精髓 李亞峰 歐文盛 等編著 清華大學(xué)出版社 P52 注釋 NOR和NAND詳解NO

3、R和NAND是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。Intel于1988年首先開發(fā)出NOR flash技術(shù)，徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統(tǒng)天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發(fā)表了NAND flash結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盤一樣可以通過接口輕松升級(jí)。但是經(jīng)過了十多年之后，仍然有相當(dāng)多的硬件工程師分不清NOR和NAND閃存。 相“flash存儲(chǔ)器”經(jīng)?？梢耘c相“NOR存儲(chǔ)器”互換使用。許多業(yè)內(nèi)人士也搞不清楚NAND閃存技術(shù)相對(duì)于NOR技術(shù)的優(yōu)越之處，因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下閃存只是用來存儲(chǔ)少量的代碼，這時(shí)NOR閃存更適合一些。而NAND則是高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度的理想解

4、決方案。 NOR的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行(XIP, eXecute In Place)，這樣應(yīng)用程序可以直接在flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高，在14MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。 NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于flash的管理需要特殊的系統(tǒng)接口。 性能比較flash閃存是非易失存儲(chǔ)器，可以對(duì)稱為塊的存儲(chǔ)器單元塊進(jìn)行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進(jìn)行，所以大多數(shù)情況下，在進(jìn)行寫入操作之前必須先執(zhí)行擦除。N

5、AND器件執(zhí)行擦除操作是十分簡單的，而NOR則要求在進(jìn)行擦除前先要將目標(biāo)塊內(nèi)所有的位都寫為0。 由于擦除NOR器件時(shí)是以64128KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行一個(gè)寫入/擦除操作的時(shí)間為5s，與此相反，擦除NAND器件是以832KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。 執(zhí)行擦除時(shí)塊尺寸的不同進(jìn)一步拉大了NOR和NADN之間的性能差距，統(tǒng)計(jì)表明，對(duì)于給定的一套寫入操作(尤其是更新小文件時(shí))，更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進(jìn)行。這樣，當(dāng)選擇存儲(chǔ)解決方案時(shí)，設(shè)計(jì)師必須權(quán)衡以下的各項(xiàng)因素。 l 、NOR的讀速度比NAND稍快一些。 2、 NAND的寫入速度比NOR快很多。 3 、NAND的4ms

6、擦除速度遠(yuǎn)比NOR的5s快。 4 、大多數(shù)寫入操作需要先進(jìn)行擦除操作。 5 、NAND的擦除單元更小，相應(yīng)的擦除電路更少。 接口差別NOR flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引腳來尋址，可以很容易地存取其內(nèi)部的每一個(gè)字節(jié)。 NAND器件使用復(fù)雜的I/O口來串行地存取數(shù)據(jù)，各個(gè)產(chǎn)品或廠商的方法可能各不相同。8個(gè)引腳用來傳送控制、地址和數(shù)據(jù)信息。 NAND讀和寫操作采用512字節(jié)的塊，這一點(diǎn)有點(diǎn)像硬盤管理此類操作，很自然地，基于NAND的存儲(chǔ)器就可以取代硬盤或其他塊設(shè)備。 容量和成本NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半，由于生產(chǎn)過程更為簡單，NAND結(jié)構(gòu)可以在給定的模具尺寸內(nèi)

7、提供更高的容量，也就相應(yīng)地降低了價(jià)格。 NOR flash占據(jù)了容量為116MB閃存市場的大部分，而NAND flash只是用在8128MB的產(chǎn)品當(dāng)中，這也說明NOR主要應(yīng)用在代碼存儲(chǔ)介質(zhì)中，NAND適合于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC(多媒體存儲(chǔ)卡Multi Media Card)存儲(chǔ)卡市場上所占份額最大。 可靠性和耐用性采用flash介質(zhì)時(shí)一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的問題是可靠性。對(duì)于需要擴(kuò)展MTBF(平均故障間隔時(shí)間Mean Time Between Failures)的系統(tǒng)來說，F(xiàn)lash是非常合適的存儲(chǔ)方案?？梢詮膲勖?耐用

8、性)、位交換和壞塊處理三個(gè)方面來比較NOR和NAND的可靠性。 壽命(耐用性) 在NAND閃存中每個(gè)塊的最大擦寫次數(shù)是一百萬次，而NOR的擦寫次數(shù)是十萬次。NAND存儲(chǔ)器除了具有10比1的塊擦除周期優(yōu)勢，典型的NAND塊尺寸要比NOR器件小8倍，每個(gè)NAND存儲(chǔ)器塊在給定的時(shí)間內(nèi)的刪除次數(shù)要少一些。 位交換所有flash器件都受位交換現(xiàn)象的困擾。在某些情況下(很少見，NAND發(fā)生的次數(shù)要比NOR多)，一個(gè)比特位會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)或被報(bào)告反轉(zhuǎn)了。 一位的變化可能不很明顯，但是如果發(fā)生在一個(gè)關(guān)鍵文件上，這個(gè)小小的故障可能導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)。如果只是報(bào)告有問題，多讀幾次就可能解決了。 當(dāng)然，如果這個(gè)位真的改變了，

9、就必須采用錯(cuò)誤探測/錯(cuò)誤更正(EDC/ECC)算法。位反轉(zhuǎn)的問題更多見于NAND閃存，NAND的供應(yīng)商建議使用NAND閃存的時(shí)候，同時(shí)使用EDC/ECC算法。 這個(gè)問題對(duì)于用NAND存儲(chǔ)多媒體信息時(shí)倒不是致命的。當(dāng)然，如果用本地存儲(chǔ)設(shè)備來存儲(chǔ)操作系統(tǒng)、配置文件或其他敏感信息時(shí)，必須使用EDC/ECC系統(tǒng)以確?？煽啃浴?壞塊處理NAND器件中的壞塊是隨機(jī)分布的。以前也曾有過消除壞塊的努力，但發(fā)現(xiàn)成品率太低，代價(jià)太高，根本不劃算。 NAND器件需要對(duì)介質(zhì)進(jìn)行初始化掃描以發(fā)現(xiàn)壞塊，并將壞塊標(biāo)記為不可用。在已制成的器件中，如果通過可靠的方法不能進(jìn)行這項(xiàng)處理，將導(dǎo)致高故障率。 易于使用可以非常直接地使用

10、基于NOR的閃存，可以像其他存儲(chǔ)器那樣連接，并可以在上面直接運(yùn)行代碼。 由于需要I/O接口，NAND要復(fù)雜得多。各種NAND器件的存取方法因廠家而異。 在使用NAND器件時(shí)，必須先寫入驅(qū)動(dòng)程序，才能繼續(xù)執(zhí)行其他操作。向NAND器件寫入信息需要相當(dāng)?shù)募记桑驗(yàn)樵O(shè)計(jì)師絕不能向壞塊寫入，這就意味著在NAND器件上自始至終都必須進(jìn)行虛擬映射。 軟件支持當(dāng)討論軟件支持的時(shí)候，應(yīng)該區(qū)別基本的讀/寫/擦操作和高一級(jí)的用于磁盤仿真和閃存管理算法的軟件，包括性能優(yōu)化。 在NOR器件上運(yùn)行代碼不需要任何的軟件支持，在NAND器件上進(jìn)行同樣操作時(shí)，通常需要驅(qū)動(dòng)程序，也就是內(nèi)存技術(shù)驅(qū)動(dòng)程序(MTD)，NAND和NOR

11、器件在進(jìn)行寫入和擦除操作時(shí)都需要MTD(Memory Technology Devices)。 使用NOR器件時(shí)所需要的MTD要相對(duì)少一些，許多廠商都提供用于NOR器件的更高級(jí)軟件，這其中包括M-System的TrueFFS驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等廠商所采用。 驅(qū)動(dòng)還用于對(duì)DiskOnChip產(chǎn)品進(jìn)行仿真和NAND閃存的管理，包括糾錯(cuò)、壞塊處理和損耗平衡。Nand Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)則與數(shù)據(jù)讀寫方法(一)貼子發(fā)表于：2010/1/12 9:38:11 歡迎參與調(diào)查 談到Nand

12、Flash的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，關(guān)于NAND Flash的數(shù)據(jù)讀寫方法方面的文章不多，這篇文章詳細(xì)講述了Nand Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式和數(shù)據(jù)讀寫方法，并用具體的芯片為例作了詳細(xì)的解釋。 NAND Flash 的數(shù)據(jù)是以bit 的方式保存在memory cell，一般來說，一個(gè)cell 中只能存儲(chǔ)一個(gè)bit。這些cell 以8 個(gè)或者16 個(gè)為單位，連成bit line，形成所謂的byte(x8)/word(x16)，這就是NAND Device 的位寬。這些Line 會(huì)再組成Page，(Nand Flash 有多種結(jié)構(gòu)，我使用的Nand Flash 是K9F1208,下面內(nèi)容針對(duì)三星的K9F120

13、8U0M)，每頁528Byte，每32 個(gè)page 形成一個(gè)Block， Sizeof(block)=16kByte 。1 block=16kbyte，512Mbit=64Mbyte，Numberof(block)=4096 1block=32page, 1page=528byte=512byte(Main Area)+16byte(Spare Area)Nand flash 以頁為單位讀寫數(shù)據(jù)，而以塊為單位擦除數(shù)據(jù)。按照這樣的組織方式可以形成所謂的三類地址： -Block Address - Page Address -Column Address 。對(duì)于NAND Flash 來講，地址和命

14、令只能在I/O7:0上傳遞，數(shù)據(jù)寬度是8 位。512byte需要9bit來表示，對(duì)于528byte系列的NAND，這512byte被分成1st half和2nd half,各自的訪問由地址指針命令來選擇，A7:0就是所謂的column address。32 個(gè)page 需要5bit 來表示，占用A13:9，即該page 在塊內(nèi)的相對(duì)地址。Block的地址是由A14 以上的bit 來表示，例如512Mb 的NAND，共4096block，因此，需要12 個(gè)bit 來表示，即A25:14，如果是1Gbit 的528byte/page的NAND Flash，則block address用A26:24

15、表示。而page address就是blcok address|page address in block NAND Flash 的地址表示為： Block Address|Page Address in block|halfpage pointer|Column Address 地址傳送順序是Column Address,Page Address,Block Address。 由于地址只能在I/O7:0上傳遞，因此，必須采用移位的方式進(jìn)行。 例如，對(duì)于512Mbit x8 的NAND flash，地址范圍是00x3FF_FFFF，只要是這個(gè)范圍內(nèi)的數(shù)值表示的地址都是有效的。以NAND_ADD

16、R 為例：第1 步是傳遞column address，就是NAND_ADDR7:0，不需移位即可傳遞到I/O7:0上，而halfpage pointer 即bit8 是由操作指令決定的，即指令決定在哪個(gè)halfpage 上進(jìn)行讀寫。而真正的bit8 的值是dont care 的。第2 步就是將NAND_ADDR 右移9 位，將NAND_ADDR16:9傳到I/O7:0上第3 步將NAND_ADDR24:17放到I/O 上第4 步需要將NAND_ADDR25放到I/O 上 因此，整個(gè)地址傳遞過程需要4 步才能完成，即4-step addressing。如果NAND Flash 的容量是256Mb

17、it 以下，那么，block adress 最高位只到bit24，因此尋址 只需要3 步。 下面，就x16 的NAND flash 器件稍微進(jìn)行一下說明。 由于一個(gè)page 的main area 的容量為256word，仍相當(dāng)于512byte。但是，這個(gè)時(shí)候沒有所謂 的1st halfpage 和2nd halfpage 之分了，所以，bit8就變得沒有意義了，也就是這個(gè)時(shí)候 bit8 完全不用管，地址傳遞仍然和x8 器件相同。除了，這一點(diǎn)之外，x16 的NAND使用方法和 x8 的使用方法完全相同。正如硬盤的盤片被分為磁道，每個(gè)磁道又分為若干扇區(qū)，一塊nand flash也分為若干block

18、，每個(gè)block分為如干page。一般而言，block、page之間的關(guān)系隨著芯片的不同而不同，典型的分配是這樣的：1block = 32page1page = 512bytes(datafield) + 16bytes(oob)需要注意的是，對(duì)于flash的讀寫都是以一個(gè)page開始的，但是在讀寫之前必須進(jìn)行flash的擦寫，而擦寫則是以一個(gè)block為單位的。同時(shí)必須提醒的是，512bytes理論上被分為1st half 和2sd half，每個(gè)half各占256個(gè)字節(jié)。我們討論的K9F1208U0B總共有4096 個(gè)Blocks，故我們可以知道這塊flash的容量為4096 *(32 *528)= 69206016 Bytes = 66 MB ；但事實(shí)上每個(gè)Page上的最后16Bytes是用于存貯檢驗(yàn)碼和其他信息用的，并不能存放實(shí)際的數(shù)據(jù)，所以實(shí)際上我們可以操作的芯片容量為4096 *(32 *512) = 67108864 Bytes = 64 MB由 上圖所示，1個(gè)Page總共由528 Bytes組成，這528個(gè)字節(jié)按順序