NOR與NAND非易失閃存技術(shù)的原理與區(qū)別

1、NOR與NAND非易失閃存技術(shù)的原理與區(qū)別NOR和NAND是現(xiàn)在市場(chǎng)上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。 Intel于1988年首先開(kāi)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(pán)一樣可以通過(guò)接口輕松升級(jí)。但是經(jīng)過(guò)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。簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)，NAND規(guī)格快閃記憶體像硬碟，以?xún)?chǔ)存數(shù)據(jù)為主，又稱(chēng)為Data Flash，晶片容量大，目前主流容量已達(dá)二Gb；NOR規(guī)格記憶體則類(lèi)似DRAM，以?xún)?chǔ)存程序代碼為主，又稱(chēng)為Co

2、deFlash，所以可讓微處理器直接讀取，但晶片容量較低，主流容量為512Mb。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(lái)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(xiě)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

3、密度，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫(xiě)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。1.性能比較flash閃存是非易失存儲(chǔ)器，可以對(duì)稱(chēng)為塊的存儲(chǔ)器單元塊進(jìn)行擦寫(xiě)和再編程。任何flash器件的寫(xiě)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(xiě)入操作之前必須先執(zhí)行擦除。NAND器件執(zhí)行擦除操作是十分簡(jiǎn)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(xiě)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(xiě)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

4、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(xiě)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。 NOR的讀速度比NAND稍快一些。 NAND的寫(xiě)入速度比NOR快很多。 NAND的4ms擦除速度遠(yuǎn)比NOR的5S快。 大多數(shù)寫(xiě)入操作需要先進(jìn)行擦除操作。 NAND的擦除單元更小，相應(yīng)的擦除電路更少。2.接口差別NOR flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引腳來(lái)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(lái)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

5、腳用來(lái)傳送控制、地址和數(shù)據(jù)信息。NAND讀和寫(xiě)操作采用512字節(jié)的塊，這一點(diǎn)有點(diǎn)像硬盤(pán)管理此類(lèi)操作，很自然地，基于NAND的存儲(chǔ)器就可以取代硬盤(pán)或其他塊設(shè)備。3.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(guò)程更為簡(jiǎn)單，NAND結(jié)構(gòu)可以在給定的模具尺寸內(nèi)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(chǎng)的大部分，而NAND flash只是用在8128MB的產(chǎn)品當(dāng)中，這也說(shuō)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存儲(chǔ)卡市場(chǎng)

6、上所占份額最大。4.可靠性和耐用性采用flahs介質(zhì)時(shí)一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題是可靠性。對(duì)于需要擴(kuò)展MTBF的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，F(xiàn)lash是非常合適的存儲(chǔ)方案?？梢詮膲勖?耐用性)、位交換和壞塊處理三個(gè)方面來(lái)比較NOR和NAND的可靠性。5.壽命(耐用性) 在NAND閃存中每個(gè)塊的最大擦寫(xiě)次數(shù)是一百萬(wàn)次，而NOR的擦寫(xiě)次數(shù)是十萬(wàn)次。NAND存儲(chǔ)器除了具有10比1的塊擦除周期優(yōu)勢(shì)，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(jiàn)，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

7、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(wèn)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，就必須采用錯(cuò)誤探測(cè)/錯(cuò)誤更正(EDC/ECC)算法。位反轉(zhuǎn)的問(wèn)題更多見(jiàn)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(wèn)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(lái)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)以確保可靠性。6.壞塊處理NAND器件中的壞塊是隨機(jī)分布的。以前也曾有過(guò)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

8、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(guò)可靠的方法不能進(jìn)行這項(xiàng)處理，將導(dǎo)致高故障率。7.易于使用可以非常直接地使用基于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(xiě)入驅(qū)動(dòng)程序，才能繼續(xù)執(zhí)行其他操作。向NAND器件寫(xiě)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(xiě)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。8.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(xiě)/擦操作和高一級(jí)的用于磁盤(pán)仿真和閃存管理算法的軟件

9、，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器件在進(jìn)行寫(xiě)入和擦除操作時(shí)都需要MTD。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。NOR與NAND技術(shù)的比

10、較及使用性差異1）閃存芯片讀寫(xiě)的基本單位不同 應(yīng)用程序?qū)OR芯片操作以“字”為基本單位。為了方便對(duì)大容量NOR閃存的管理，通常將NOR閃存分成大小為128KB或者64KB的邏輯塊，有時(shí)候塊內(nèi)還分成扇區(qū)。讀寫(xiě)時(shí)需要同時(shí)指定邏輯塊號(hào)和塊內(nèi)偏移。應(yīng)用程序?qū)AND芯片操作是以“塊”為基本單位。NAND閃存的塊比較小，一般是8KB，然后每塊又分成頁(yè)，頁(yè)的大小一般是512字節(jié)。要修改NAND芯片中一個(gè)字節(jié)，必須重寫(xiě)整個(gè)數(shù)據(jù)塊。 2）NOR閃存是隨機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，用于數(shù)據(jù)量較小的場(chǎng)合；NAND閃存是連續(xù)存儲(chǔ)介質(zhì)，適合存放大的數(shù)據(jù)。  3) 由于NOR地址線和數(shù)據(jù)線分開(kāi)，所以NOR芯片可以像SRAM

11、一樣連在數(shù)據(jù)線上。NOR芯片的使用也類(lèi)似于通常的內(nèi)存芯片，它的傳輸效率很高，可執(zhí)行程序可以在芯片內(nèi)執(zhí)行( XI P, 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。由于NOR的這個(gè)特點(diǎn)，嵌入式系統(tǒng)中經(jīng)常將NOR芯片做啟動(dòng)芯片使用。而NAND共用地址和數(shù)據(jù)總線，需要額外聯(lián)結(jié)一些控制的輸入輸出，所以直接將NAND芯片做啟動(dòng)芯片比較難。 4) N AN D閃存芯片因?yàn)楣灿玫刂泛蛿?shù)據(jù)總線的原因，不允許對(duì)一個(gè)字節(jié)甚至一個(gè)塊進(jìn)行的數(shù)據(jù)清空，只能對(duì)一個(gè)固定大小的區(qū)域進(jìn)行清零操作；而NOR芯片可以對(duì)字進(jìn)行操作。所以在處理小數(shù)據(jù)量的I/O操作的時(shí)

12、候的速度要快與NAND的速度。比如一塊NOR芯片通常寫(xiě)一個(gè)字需要10微秒，那么在32位總線上寫(xiě)512字節(jié)需要1280毫秒；而NAND閃存寫(xiě)512字節(jié)需要的時(shí)間包括：512×每字節(jié)50納秒+10微秒的尋頁(yè)時(shí)間+200微秒的片擦寫(xiě)時(shí)間234微秒。 5）NAND閃存的容量比較大，目前最大容量己經(jīng)達(dá)到8G字節(jié)。為了方便管理，NAND的存儲(chǔ)空間使用了塊和頁(yè)兩級(jí)存儲(chǔ)體系，也就是說(shuō)閃存的存儲(chǔ)空間是二維的，比如K9F5608UOA閃存塊的大小為16K，每頁(yè)的大小是512字節(jié)，每頁(yè)還預(yù)留16字節(jié)空閑區(qū)用來(lái)存放錯(cuò)誤校驗(yàn)碼空間(有時(shí)也稱(chēng)為out-of-band，OOB空間)；在進(jìn)行寫(xiě)操作的時(shí)候NAND閃存

13、每次將一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)放入內(nèi)部的緩存區(qū)，然后再發(fā)出“寫(xiě)指令”進(jìn)行寫(xiě)操作。由于對(duì)NAND閃存的操作都是以塊和頁(yè)為單位的，所以在向NAND閃存進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)時(shí)，NAND的速度要快于NOR閃存。 6）NOR閃存的可靠性要高于NAND閃存，這主要是因?yàn)镹OR型閃存的接口簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)操作少，位交換操作少，因此可靠性高，極少出現(xiàn)壞區(qū)塊，因而一般用在對(duì)可靠性要求高的地方。相反的，NAND型閃存接口和操作均相對(duì)復(fù)雜，位交換操作也很多，關(guān)鍵性數(shù)據(jù)更是需安錯(cuò)誤探測(cè)/錯(cuò)誤更正EDC/ECC)算法來(lái)確保數(shù)據(jù)的完整性，因此出現(xiàn)問(wèn)題的幾率要大得多，壞區(qū)塊也是不可避免的，而且由于壞區(qū)塊是隨機(jī)分布的，連糾錯(cuò)也無(wú)法做到。 7）

14、NAND Flash一般地址線和數(shù)據(jù)線共用，對(duì)讀寫(xiě)速度有一定影響；而NOR Flash閃存數(shù)據(jù)線和地址線分開(kāi)，所以相對(duì)而言讀寫(xiě)速度快一些。 NAND和NOR芯片的共性首先表現(xiàn)在向芯片中寫(xiě)數(shù)據(jù)必須先將芯片中對(duì)應(yīng)的內(nèi)容清空，然后再寫(xiě)入，也就是通常說(shuō)的“先擦后寫(xiě)”。只不過(guò)NOR芯片只用擦寫(xiě)一個(gè)字，而NAND需要擦寫(xiě)整個(gè)塊。其次，閃存擦寫(xiě)的次數(shù)都是有限的.當(dāng)閃存的使用接近使用壽命的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)寫(xiě)操作失??；到達(dá)使用壽命時(shí)，閃存內(nèi)部存放的數(shù)據(jù)雖然可以讀，但是不能再進(jìn)行寫(xiě)操作了所以為了防止上面問(wèn)題的發(fā)生，不能對(duì)某個(gè)特定的區(qū)域反復(fù)進(jìn)行寫(xiě)操作。通常NAND的可擦寫(xiě)次數(shù)高于NOR芯片，但是由于NAND通常是整

15、塊擦寫(xiě)，塊內(nèi)的頁(yè)面中如果有一位失效整個(gè)塊就會(huì)失效，而且由于擦寫(xiě)過(guò)程復(fù)雜，失敗的概率相對(duì)較高，所以從整體上來(lái)說(shuō)NOR的壽命較長(zhǎng)。 另一個(gè)共性是閃存的讀寫(xiě)操作不僅僅是一個(gè)物理操作，實(shí)際上在閃存上存放數(shù)據(jù)必須使用算法實(shí)現(xiàn)，這個(gè)模塊一般在驅(qū)動(dòng)程序的MTD' (Memory Technology Drivers)模塊中或者在FTLZ (Flash Translation Layer)層內(nèi)實(shí)現(xiàn)，具體算法和芯片的生產(chǎn)廠商以及芯片型號(hào)有關(guān)系。 從使用角度來(lái)看，NOR閃存與NAND閃存是各有特點(diǎn)的：（1）NOR的存儲(chǔ)密度低，所以存儲(chǔ)一個(gè)字節(jié)的成本也較高，而NAND閃存的存儲(chǔ)密度和存儲(chǔ)容量均比較高；（2）

16、NAND型閃存在擦、寫(xiě)文件（特別是連續(xù)的大文件）時(shí)速度非常快，非常適用于順序讀取的場(chǎng)合，而NOR的讀取速度很快，在隨機(jī)存取的應(yīng)用中有良好的表現(xiàn)。NOR與NAND各有所長(zhǎng)，但兩種優(yōu)勢(shì)無(wú)法在一個(gè)芯片上得到體現(xiàn)。所以，設(shè)計(jì)人員在選用芯片時(shí)，只能趨其利而避其害，依照使用目的和主要功能在兩者之間進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。NAND與NOR技術(shù)的比較 一般的原則是：在大容量的多媒體應(yīng)用中選用NAND型閃存，而在數(shù)據(jù)/程序存貯應(yīng)用中選用NOR型閃存。根據(jù)這一原則，設(shè)計(jì)人員也可以把兩種閃存芯片結(jié)合起來(lái)使用，用NOR芯片存儲(chǔ)程序，用NAND芯片存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，使兩種閃存的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。事實(shí)上，這種聰明的設(shè)計(jì)早已普遍應(yīng)用于手

17、機(jī)、PocketPC、PDA及電子詞典等設(shè)備中了。在選擇存儲(chǔ)解決方案時(shí)，設(shè)計(jì)師必須在多種因素之間進(jìn)行權(quán)衡，以獲得較高的性?xún)r(jià)比。以手機(jī)為例，采用支持XIP技術(shù)的NOR閃存能夠直接運(yùn)行OS，速度很快，既簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，又降低了成本，所以許多手機(jī)都采用NORRAM的設(shè)計(jì)。NOR閃存的不足之處是存儲(chǔ)密度較低，所以也有采用NANDRAM的設(shè)計(jì)。對(duì)于這兩種方案，很難說(shuō)哪一種更好，因?yàn)槲覀儾荒茈x開(kāi)具體的產(chǎn)品而從某一個(gè)方面單純地去評(píng)價(jià)。追求小巧優(yōu)雅的手機(jī)將需要NOR閃存支持；追求大存儲(chǔ)容量的手機(jī)則將更多地選擇NAND閃存；而同時(shí)追求功能和速度的手機(jī)則會(huì)采用NORNANDRAM的設(shè)計(jì)，這種取長(zhǎng)補(bǔ)短的設(shè)計(jì)能夠發(fā)揮NO

18、R和NAND各自的優(yōu)勢(shì)。除了速度、存儲(chǔ)密度的因素，設(shè)計(jì)師在選擇閃存芯片時(shí)，還需要考慮接口設(shè)計(jì)、即插即用設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)程序等諸多問(wèn)題，因?yàn)閮煞N類(lèi)型的閃存在上述幾個(gè)方面也有很多的不同。譬如在驅(qū)動(dòng)程序方面，NOR器件運(yùn)行代碼不需要任何的軟件支持，而在NAND器件上進(jìn)行同樣操作時(shí)就需要存儲(chǔ)技術(shù)驅(qū)動(dòng)程序（MTD）的支持。雖然NAND和NOR器件在進(jìn)行寫(xiě)入和擦除操作時(shí)都需要MTD，但對(duì)于NAND來(lái)說(shuō)驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)難度更大，因?yàn)镹AND閃存的糾錯(cuò)和壞塊處理功能都需要通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖解NOR與NAND技術(shù)對(duì)于許多消費(fèi)類(lèi)音視頻產(chǎn)品而言，NAND閃存是一種比硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器更好的存儲(chǔ)方案，這在不超過(guò)4GB的低容量應(yīng)用

19、中表現(xiàn)得猶為明顯。隨著人們持續(xù)追求功耗更低、重量更輕和性能更佳的產(chǎn)品，NAND正被證明極具吸引力。 NAND閃存陣列分為一系列128kB的區(qū)塊(block)，這些區(qū)塊是NAND器件中最小的可擦除實(shí)體。擦除一個(gè)區(qū)塊就是把所有的位(bit)設(shè)置為“1”(而所有字節(jié)(byte)設(shè)置為FFh)。有必要通過(guò)編程，將已擦除的位從“1”變?yōu)椤?”。最小的編程實(shí)體是字節(jié)(byte)。一些NOR閃存能同時(shí)執(zhí)行讀寫(xiě)操作(見(jiàn)下圖1)。雖然NAND不能同時(shí)執(zhí)行讀寫(xiě)操作，它可以采用稱(chēng)為“映射(shadowing)”的方法，在系統(tǒng)級(jí)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這種方法在個(gè)人電腦上已經(jīng)沿用多年，即將BIOS從速率較低的ROM加載到速率較高

20、的RAM上。 NAND的效率較高，是因?yàn)镹AND串中沒(méi)有金屬觸點(diǎn)。NAND閃存單元的大小比NOR要小(4F2：10F2)的原因，是NOR的每一個(gè)單元都需要獨(dú)立的金屬觸點(diǎn)。NAND與硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器類(lèi)似，基于扇區(qū)(頁(yè))，適合于存儲(chǔ)連續(xù)的數(shù)據(jù)，如圖片、音頻或個(gè)人電腦數(shù)據(jù)。雖然通過(guò)把數(shù)據(jù)映射到RAM上，能在系統(tǒng)級(jí)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)存取，但是，這樣做需要額外的RAM存儲(chǔ)空間。此外，跟硬盤(pán)一樣，NAND器件存在壞的扇區(qū)，需要糾錯(cuò)碼(ECC)來(lái)維持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性。 存儲(chǔ)單元面積越小，裸片的面積也就越小。在這種情況下，NAND就能夠?yàn)楫?dāng)今的低成本消費(fèi)市場(chǎng)提供存儲(chǔ)容量更大的閃存產(chǎn)品。NAND閃存用于幾乎所有可擦除的存儲(chǔ)卡。NA

21、ND的復(fù)用接口為所有最新的器件和密度都提供了一種相似的引腳輸出。這種引腳輸出使得設(shè)計(jì)工程師無(wú)須改變電路板的硬件設(shè)計(jì)，就能從更小的密度移植到更大密度的設(shè)計(jì)上。 NAND與NOR閃存比較 NAND閃存的優(yōu)點(diǎn)在于寫(xiě)(編程)和擦除操作的速率快，而NOR的優(yōu)點(diǎn)是具有隨機(jī)存取和對(duì)字節(jié)執(zhí)行寫(xiě)(編程)操作的能力(見(jiàn)下圖圖2)。NOR的隨機(jī)存取能力支持直接代碼執(zhí)行(XiP)，而這是嵌入式應(yīng)用經(jīng)常需要的一個(gè)功能。NAND的缺點(diǎn)是隨機(jī)存取的速率慢，NOR的缺點(diǎn)是受到讀和擦除速度慢的性能制約。NAND較適合于存儲(chǔ)文件。如今，越來(lái)越多的處理器具備直接NAND接口，并能直接從NAND(沒(méi)有NOR)導(dǎo)入數(shù)據(jù)。 NAND的真

22、正好處是編程速度快、擦除時(shí)間短。NAND支持速率超過(guò)5Mbps的持續(xù)寫(xiě)操作，其區(qū)塊擦除時(shí)間短至2ms，而NOR是750ms。顯然，NAND在某些方面具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。然而，它不太適合于直接隨機(jī)存取。 對(duì)于16位的器件，NOR閃存大約需要41個(gè)I/O引腳；相對(duì)而言，NAND器件僅需24個(gè)引腳。NAND器件能夠復(fù)用指令、地址和數(shù)據(jù)總線，從而節(jié)省了引腳數(shù)量。復(fù)用接口的一項(xiàng)好處，就在于能夠利用同樣的硬件設(shè)計(jì)和電路板，支持較大的NAND器件。由于普通的TSOP-1封裝已經(jīng)沿用多年，該功能讓客戶(hù)能夠把較高密度的NAND器件移植到相同的電路板上。NAND器件的另外一個(gè)好處顯然是其封裝選項(xiàng)：NAND提供一種厚膜的

23、2Gb裸片或能夠支持最多四顆堆疊裸片，容許在相同的TSOP-1封裝中堆疊一個(gè)8Gb的器件。這就使得一種封裝和接口能夠在將來(lái)支持較高的密度。 圖1 不同閃存單元的對(duì)比NOR閃存的隨機(jī)存取時(shí)間為0.12ms，而NAND閃存的第一字節(jié)隨機(jī)存取速度要慢得多 NAND基本操作 以2Gb NAND器件為例，它由2048個(gè)區(qū)塊組成，每個(gè)區(qū)塊有64個(gè)頁(yè)(見(jiàn)圖3)。 圖3 2GB NAND閃存包含2,048個(gè)區(qū)塊 每一個(gè)頁(yè)均包含一個(gè)2048字節(jié)的數(shù)據(jù)區(qū)和64字節(jié)的空閑區(qū)，總共包含2,112字節(jié)?？臻e區(qū)通常被用于ECC、耗損均衡(wear leveling)和其它軟件開(kāi)銷(xiāo)功能，盡管它在物理上與其它頁(yè)并沒(méi)有區(qū)別。N

24、AND器件具有8或16位接口。通過(guò)8或16位寬的雙向數(shù)據(jù)總線，主數(shù)據(jù)被連接到NAND存儲(chǔ)器。在16位模式，指令和地址僅僅利用低8位，而高8位僅僅在數(shù)據(jù)傳輸周期使用。 擦除區(qū)塊所需時(shí)間約為2ms。一旦數(shù)據(jù)被載入寄存器，對(duì)一個(gè)頁(yè)的編程大約要300s。讀一個(gè)頁(yè)面需要大約25s，其中涉及到存儲(chǔ)陣列訪問(wèn)頁(yè)，并將頁(yè)載入16,896位寄存器中。 除了I/O總線，NAND接口由6個(gè)主要控制信號(hào)構(gòu)成： 1.芯片啟動(dòng)(Chip Enable, CE#)：如果沒(méi)有檢測(cè)到CE信號(hào)，那么，NAND器件就保持待機(jī)模式，不對(duì)任何控制信號(hào)作出響應(yīng)。 2.寫(xiě)使能(Write Enable, WE#): WE#負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)、地址或

25、指令寫(xiě)入NAND之中。 3.讀使能(Read Enable, RE#): RE#允許輸出數(shù)據(jù)緩沖器。 4.指令鎖存使能(Command Latch Enable, CLE): 當(dāng)CLE為高時(shí)，在WE#信號(hào)的上升沿，指令被鎖存到NAND指令寄存器中。 5.地址鎖存使能(Address Latch Enable, ALE)：當(dāng)ALE為高時(shí)，在WE#信號(hào)的上升沿，地址被鎖存到NAND地址寄存器中。 6.就緒/忙(Ready/Busy, R/B#)：如果NAND器件忙，R/B#信號(hào)將變低。該信號(hào)是漏極開(kāi)路，需要采用上拉電阻。 數(shù)據(jù)每次進(jìn)/出NAND寄存器都是通過(guò)16位或8位接口。當(dāng)進(jìn)行編程操作的時(shí)候，

26、待編程的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)寄存器，處于在WE#信號(hào)的上升沿。在寄存器內(nèi)隨機(jī)存取或移動(dòng)數(shù)據(jù)，要采用專(zhuān)用指令以便于隨機(jī)存取。 數(shù)據(jù)寄存器輸出數(shù)據(jù)的方式與利用RE#信號(hào)的方式類(lèi)似，負(fù)責(zé)輸出現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，并增加到下一個(gè)地址。WE#和RE#時(shí)鐘運(yùn)行速度極快，達(dá)到30ns的水準(zhǔn)。當(dāng)RE#或CE#不為低的時(shí)候，輸出緩沖器將為三態(tài)。這種CE#和RE#的組合使能輸出緩沖器，容許NAND閃存與NOR、SRAM或DRAM等其它類(lèi)型存儲(chǔ)器共享數(shù)據(jù)總線。該功能有時(shí)被稱(chēng)為“無(wú)需介意芯片啟動(dòng)(chip enable don't care)”。這種方案的初衷是適應(yīng)較老的NAND器件，它們要求CE#在整個(gè)周期為低(譯注：根據(jù)上

27、下文改寫(xiě))。 輸入寄存器接收到頁(yè)編程(80h)指令時(shí)，內(nèi)部就會(huì)全部重置為1s，使得用戶(hù)可以只輸入他想以0位編程的數(shù)據(jù)字節(jié) 帶有隨機(jī)數(shù)據(jù)輸入的編程指令。圖中加亮的扇區(qū)顯示，該指令只需要后面跟隨著數(shù)據(jù)的2個(gè)字節(jié)的地址 所有NAND操作開(kāi)始時(shí)，都提供一個(gè)指令周期(表1)。 當(dāng)輸出一串WE#時(shí)鐘時(shí)，通過(guò)在I/O位7：0上設(shè)置指令、驅(qū)動(dòng)CE#變低且CLE變高，就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)指令周期。注意：在WE#信號(hào)的上升沿上，指令、地址或數(shù)據(jù)被鎖存到NAND器件之中。如表1所示，大多數(shù)指令在第二個(gè)指令周期之后要占用若干地址周期。注意：復(fù)位或讀狀態(tài)指令例外，如果器件忙，就不應(yīng)該發(fā)送新的指令。 以2Gb NAND器件的尋

28、址方案為例，第一和第二地址周期指定列地址，該列地址指定頁(yè)內(nèi)的起始字節(jié)(表2)。 注意：因?yàn)樽詈笠涣械奈恢檬?112，該最后位置的地址就是08h(在第二字節(jié)中)和3Fh(在第一字節(jié)中)。PA5:0指定區(qū)塊內(nèi)的頁(yè)地址，BA16:6指定區(qū)塊的地址。雖然大多編程和讀操作需要完整的5字節(jié)地址，在頁(yè)內(nèi)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)的操作僅僅用到第一和第二字節(jié)。塊擦除操作僅僅需要三個(gè)最高字節(jié)(第三、第四和第五字節(jié))來(lái)選擇區(qū)塊。 圖6：典型的存儲(chǔ)方法 圖7 頁(yè)讀緩存模式 總體而言，NAND的基本操作包括：復(fù)位(Reset, FFh)操作、讀ID(Read ID, 00h)操作、讀狀態(tài)(Read Status, 70h)操作、編

29、程(Program)操作、隨機(jī)數(shù)據(jù)輸入(Random data input, 85h)操作和讀(Read)操作等。 將NAND連接到處理器 選擇內(nèi)置NAND接口的處理器或控制器的好處很多。如果沒(méi)有這個(gè)選擇，有可能在NAND和幾乎任何處理器之間設(shè)計(jì)一個(gè)“無(wú)粘接邏輯(glueless)”接口。NAND和NOR閃存的主要區(qū)別是復(fù)用地址和數(shù)據(jù)總線。該總線被用于指定指令、地址或數(shù)據(jù)。CLE信號(hào)指定指令周期，而ALE信號(hào)指定地址周期。利用這兩個(gè)控制信號(hào)，有可能選擇指令、地址或數(shù)據(jù)周期。把ALE連接到處理器的第五地址位，而把CLE連接到處理器的第四地址位，就能簡(jiǎn)單地通過(guò)改變處理器輸出的地址，任意選擇指令、地

30、址或數(shù)據(jù)。這容許CLE和ALE在合適的時(shí)間自動(dòng)設(shè)置為低。 為了提供指令，處理器在數(shù)據(jù)總線上輸出想要的指令，并輸出地址0010h；為了輸出任意數(shù)量的地址周期，處理器僅僅要依次在處理器地址0020h之后輸出想要的NAND地址。注意，許多處理器能在處理器的寫(xiě)信號(hào)周?chē)付ㄈ舾蓵r(shí)序參數(shù)，這對(duì)于建立合適的時(shí)序是至關(guān)重要的。利用該技術(shù)，你不必采用任何粘接邏輯，就可以直接從處理器存取指令、地址和數(shù)據(jù)。 多層單元 多層單元(MLC)的每一個(gè)單元存儲(chǔ)兩位，而傳統(tǒng)的SLC僅僅能存儲(chǔ)一位。MLC技術(shù)有顯著的密度優(yōu)越性，然而，與SLC相比(表3)，其速度或可靠性稍遜。因此，SLC被用于大多數(shù)媒體卡和無(wú)線應(yīng)用，而MLC器

31、件通常被用于消費(fèi)電子和其它低成本產(chǎn)品。 如上所述，NAND需要ECC以確保數(shù)據(jù)完整性。NAND閃存的每一個(gè)頁(yè)面上都包括額外的存儲(chǔ)空間，它就是64個(gè)字節(jié)的空閑區(qū)(每512字節(jié)的扇區(qū)有16字節(jié))。該區(qū)能存儲(chǔ)ECC代碼及其它像磨損評(píng)級(jí)或邏輯到物理塊映射之類(lèi)的信息。ECC能在硬件或軟件中執(zhí)行，但是，硬件執(zhí)行有明顯的性能優(yōu)勢(shì)。在編程操作期間，ECC單元根據(jù)扇區(qū)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算誤碼校正代碼。數(shù)據(jù)區(qū)的ECC代碼然后被分別寫(xiě)入到各自的空閑區(qū)。當(dāng)數(shù)據(jù)被讀出時(shí)，ECC代碼也被讀出；運(yùn)用反操作可以核查讀出的數(shù)據(jù)是否正確。 有可能采用ECC算法來(lái)校正數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。能校正的錯(cuò)誤的數(shù)量取決于所用算法的校正強(qiáng)度。在硬件或軟件

32、中包含ECC，就提供了強(qiáng)大的系統(tǒng)級(jí)解決方案。最簡(jiǎn)單的硬件實(shí)現(xiàn)方案是采用簡(jiǎn)單的漢明(Simple Hamming)碼，但是，只能校正單一位錯(cuò)誤。瑞德索羅門(mén)(Reed-Solomon)碼提供更為強(qiáng)大的糾錯(cuò)，并被目前的控制器廣為采用。此外，BCH碼由于比瑞德索羅門(mén)方法的效率高，應(yīng)用也日益普及。 要用軟件執(zhí)行NAND閃存的區(qū)塊管理。該軟件負(fù)責(zé)磨損評(píng)級(jí)或邏輯到物理映射。該軟件還提供ECC碼，如果處理器不包含ECC硬件的話。 編程或擦除操作之后，重要的是讀狀態(tài)寄存器，因?yàn)樗_認(rèn)是否成功地完成了編程或擦除操作。如果操作失敗，要把該區(qū)塊標(biāo)記為損壞且不能再使用。以前已編寫(xiě)進(jìn)去的數(shù)據(jù)要從損壞的區(qū)塊中搬出，轉(zhuǎn)移到新

33、的(好的)存儲(chǔ)塊之中。2Gb NAND的規(guī)范規(guī)定，它可以最多有40個(gè)壞的區(qū)塊，這個(gè)數(shù)字在器件的生命周期(額定壽命為10萬(wàn)次編程/擦除周期)內(nèi)都適用。一些有壞塊的NAND器件能夠出廠，主要就歸根于其裸片面積大。管理器件的軟件負(fù)責(zé)映射壞塊并由好的存儲(chǔ)塊取而代之。 利用工廠對(duì)這些區(qū)塊的標(biāo)記，軟件通過(guò)掃描塊可以確定區(qū)塊的好壞。壞塊標(biāo)記被固定在空閑區(qū)的第一個(gè)位置(列地址2048)。如果在0或1頁(yè)的列地址2048上的數(shù)據(jù)是“non-FF”，那么，該塊要標(biāo)記為壞，并映射出系統(tǒng)。初始化軟件僅僅需要掃描所有區(qū)塊確定以確定哪個(gè)為壞，然后建一個(gè)壞塊表供將來(lái)參考。 小心不要擦除壞塊標(biāo)記，這一點(diǎn)很重要。工廠在寬溫和寬電

34、壓范圍內(nèi)測(cè)試了NAND；一些由工廠標(biāo)記為壞的區(qū)塊可能在一定的溫度或電壓條件下仍然能工作，但是，將來(lái)可能會(huì)失效。如果壞塊信息被擦除，就無(wú)法再恢復(fù)。NAND Flash結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)分析摘自Tony嵌入式論壇,一、NAND flash的物理組成NAND Flash 的數(shù)據(jù)是以bit的方式保存在memory cell，一般來(lái)說(shuō)，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K

35、9F1208,下面內(nèi)容針對(duì)三星的K9F1208U0M)，每頁(yè)528Bytes(512byte(Main Area)+16byte(Spare Area)，每32個(gè)page形成一個(gè)Block(32*528B)。具體一片flash上有多少個(gè)Block視需要所定。我所使用的三星k9f1208U0M具有4096個(gè)block，故總?cè)萘繛?096*（32*528B）=66MB，但是其中的2MB是用來(lái)保存ECC校驗(yàn)碼等額外數(shù)據(jù)的，故實(shí)際中可使用的為64MB。NAND flash以頁(yè)為單位讀寫(xiě)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(lèi)地址： Column Address：Starting

36、 Address of the Register. 翻成中文為列地址，地址的低8位Page Address ：頁(yè)地址Block Address ：塊地址對(duì)于NAND Flash來(lái)講，地址和命令只能在I/O7:0上傳遞，數(shù)據(jù)寬度是8位。二、NAND Flash地址的表示512byte需要9bit來(lái)表示，對(duì)于528byte系列的NAND，這512byte被分成1st half Page Register和2nd half Page Register，各自的訪問(wèn)由地址指針命令來(lái)選擇，A7:0就是所謂的column address（列地址），在進(jìn)行擦除操作時(shí)不需要它，why？因?yàn)橐詨K為單位擦除。32個(gè)

37、page需要5bit來(lái)表示，占用A13:9，即該page在塊內(nèi)的相對(duì)地址。A8這一位地址被用來(lái)設(shè)置512byte的1st half page還是2nd half page，0表示1st，1表示2nd。Block的地址是由A14以上的bit來(lái)表示。例如64MB（512Mb）的NAND flash（實(shí)際中由于存在spare area,故都大于這個(gè)值），共4096block，因此，需要12個(gè)bit來(lái)表示，即A25:14，如果是128MB(1Gbit) 的528byte/page的NAND Flash，則block address用A26:14表示。而page address就是blcok addre

38、ss|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_ADDR 為例：第1 步是傳遞column address，就是

39、NAND_ADDR7:0，不需移位即可傳遞到I/O7:0上，而halfpage pointer即A8 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(xiě)，而真正的A8 的值是不需程序員關(guān)心的。 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(guò)程需要4 步才能完成，即4-step addressing。 如果NAND Flash 的容量是32MB（256Mbit）以下，那么，block adress最高位只到bit24，

40、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(shuō)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(méi)有所謂的1st halfpage 和2nd halfpage 之分了，所以，bit8就變得沒(méi)有意義了，也就是這個(gè)時(shí)候 A8 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。 三、NAND flash驅(qū)動(dòng)解讀以前由于做移植多一些，那些工作很簡(jiǎn)單（現(xiàn)在看來(lái)），從來(lái)都不用去關(guān)心驅(qū)動(dòng)里面到底怎么實(shí)現(xiàn)的，這幾次面試才發(fā)現(xiàn)真的是學(xué)的太淺了，似乎我還在學(xué)

41、習(xí)仰泳而那些牛人基本都屬于潛水級(jí)的了，潛的不知有多深。我對(duì)照著開(kāi)發(fā)板所帶的NAND flash驅(qū)動(dòng)和k9f1208的芯片資料把這些代碼通讀了一遍，終于明白了NAND flash的讀寫(xiě)過(guò)程是如何實(shí)現(xiàn)的了。我所參考的驅(qū)動(dòng)是mizi公司為三星芯片所寫(xiě)的，我看看了，大概和官方2.4.18內(nèi)核的nand.c差不多。在s3c2410處理器中有專(zhuān)門(mén)的NAND flash控制器，他們位于SFR區(qū)，具體可以參看s3c2410用戶(hù)手冊(cè)。以下的這些代碼均可以在vivi或者kernel里面找到，文中會(huì)標(biāo)明程序出自何處。在vivi中，有關(guān)NAND flash的驅(qū)動(dòng)都在driver/mtd/nand/下，該目錄中包含的源

42、文件：smc_core.c是NAND flash的主要驅(qū)動(dòng)。NAND flash 芯片定義了一個(gè)很長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)中包含了操作NAND flash的函數(shù)和一些必要的變量（include/mtd/nand.h）。struct nand_chip #ifdef CONFIG_MTD_NANDY /* =y */ void (*hwcontrol)(int cmd); void (*write_cmd)(u_char val); void (*write_addr)(u_char val); u_char (*read_data)(void); void (*write_data)(u_char

43、val); void (*wait_for_ready)(void); int page_shift; u_char *data_buf; u_char *data_cache; int cache_page; struct nand_smc_dev *dev; u_char spareSMC_OOB_SIZE;#else /* CONFIG_MTD_NANDY */ #ifdef CONFIG_MTD_NAND_ECC u_char ecc_code_buf6; u_char reserved2;#endif#endif /* CONFIG_MTD_NANDY */;縱觀對(duì)NAND flas

44、h的各種操作（read、write、erase），無(wú)外乎如下幾種操作：1選擇flash nand_select()2發(fā)送命令 nand_command()3進(jìn)行相應(yīng)操作 read，write4反選NAND flash nand_deselect()下面是以上四步的實(shí)現(xiàn)代碼：1、選擇NAND flash#define nand_select() this->hwcontrol(NAND_CTL_SETNCE); nand_command(mtd, NAND_CMD_RESET, -1, -1); udelay (10);hwcontrol(NAND_CTL_SETNCE)的作用是設(shè)置241

45、0的NAND FLASH CONFIGURATION (NFCONF) REGISTER的NAND Flash Memory chip enable位為0，這位寄存器在自動(dòng)重啟后就被系統(tǒng)自動(dòng)清零。如果要訪問(wèn)NAND flash的內(nèi)存，這位必須置1。nand_command(mtd, NAND_CMD_RESET, -1, -1)；向flash發(fā)送命令，此命令為reset，即為重置NAND flash。然后是10us的延遲，給flash個(gè)反應(yīng)時(shí)間。2、發(fā)送命令Nand_command()同樣在smc_core.c中實(shí)現(xiàn)。NAND flash的命令有如下幾種： 命令 命令值 描述NAND_CMD_

46、READ0 0 讀操作NAND_CMD_READ1 1 讀操作NAND_CMD_PAGEPROG 0x10 頁(yè)編程操作NAND_CMD_READOOB 0x50 讀寫(xiě)OOBNAND_CMD_ERASE1 0x60 讀寫(xiě)操作NAND_CMD_STATUS 0x70 讀取狀態(tài)NAND_CMD_STATUS_MULTI 0x71 讀取狀態(tài)NAND_CMD_SEQIN 0x80 寫(xiě)操作NAND_CMD_READID 0x90 讀Flash ID號(hào)NAND_CMD_ERASE2 0xd0 擦寫(xiě)操作NAND_CMD_RESET oxff 復(fù)位操作按照程序的注釋?zhuān)梢詫⒃摵瘮?shù)的實(shí)現(xiàn)分為如下幾步：1、Begin command latch cycle實(shí)現(xiàn)代碼：this->hwcontrol(NAND_CTL_SETCLE); this->hwcontrol(NAND_CTL_DAT_OUT);找到第二條語(yǔ)句的定義，發(fā)現(xiàn)什么都么做，不解!希望達(dá)人解答。我猜想可能是一個(gè)數(shù)據(jù)讀出