Nand flash

NOR和NAND是現在市場上兩種主要的非易失快閃記憶體技術。Intel於1988年首先開發出NOR flash技術，徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發表了NAND flash結構，強調降低每比特的成本，更高的性能，並且像磁碟一樣可以通過介面輕鬆升級。但是經過了十多年之後，仍然有相當多的硬體工程師分不清NOR和NAND快閃記憶體。

“NAND存儲器”經常可以與“NOR存儲器”相互換使用。許多業內人士也搞不清楚NAND快閃記憶體技術相對於NOR技術的優越之處，因為大多數情況下快閃記憶體只是用來存儲少量的代碼並且需要多次擦寫，這時NOR快閃記憶體更適合一些。而NAND則是高數據存儲密度的理想解決方案。

NOR與NAND的區別

flash快閃記憶體是非易失存儲器，可以對稱為塊的存儲器單元塊進行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內進行，所以大多數情況下，在進行寫入操作之前必須先執行擦除。NAND器件執行擦除操作是十分簡單的，而NOR則要求在進行擦除前先要將目標塊內所有的位都寫為0。

由於擦除NOR器件時是以64～128KB的塊進行的，執行一個寫入/擦除操作的時間為5s，與此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的塊進行的，執行相同的操作最多只需要4ms。

執行擦除時塊尺寸的不同進一步拉大了NOR和NAND之間的性能差距，統計表明，對於給定的一套寫入操作（尤其是更新小文件時），更多的擦除操作必須在基於NOR的單元中進行。這樣，當選擇存儲解決方案時，設計師必須權衡以下的各項因素。

●NOR的讀速度比NAND稍快一些。

●NAND的寫入速度比NOR快很多。

●NAND的擦除速度遠比NOR快。

●NAND的擦除單元更小，相應的擦除電路更加簡單。

●NAND的實際應用方式要比NOR複雜的多。

●NOR可以直接使用，並在上面直接運行代碼，而NAND需要I/O介面，因此使用時需要驅動。

NORflash帶有SRAM介面，有足夠的地址引腳來定址，可以很容易地存取其內部的每 一個位元組。

NAND器件使用複雜的I/O口來串列地存取數據，各個產品或廠商的方法可能各不相同。8個引腳用來傳送控制、地址和數據信息。

NAND讀和寫操作採用512位元組的塊，這一點有點像硬碟管理此類操作，很自然地，基於NAND的存儲器就可以取代硬碟或其他塊設備。NOR的特點是晶元內執行(XIP, eXecute In Place),這樣應用程序可以直接在flash快閃記憶體內運行，不必再把代碼讀到系統RAM中。

NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時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結構能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度，並且寫入和擦除的速度也很快。應用NAND的困難在於flash的管理需要特殊的系統介面。

NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半，由於生產過程更為簡單，NAND結構可以在給定的模具尺寸內提供更高的容量，也就相應地降低了價格。

NOR flash佔據了容量為1～16MB快閃記憶體市場的大部分，而NAND flash只是用在8～128MB的產品當中，這也說明NOR主要應用在代碼存儲介質中，NAND適合於數據存儲，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和M MC存儲卡市場上所佔份額最大。

NAND Flash 的數據是以bit的方式保存在memory cell，一般來說，一個cell 中只能存儲一個bit。這些cell 以8個或者16個為單位，連成bit line，形成所謂的byte(x8)/word(x16)，這就是NAND Device的位寬。這些Line會再組成Page，(NAND Flash 有多種結構，我使用的NAND Flash 是K9F1208,下面內容針對三星的K9F1208U0M)，每頁528Bytes(512byte(Main Area)+16byte(Spare Area))，每32個page形成一個Block(32*528B)。具體一片flash上有多少個Block視需要所定。我所使用的三星k9f1208U0M具有4096個block，故總容量為4096*（32*528B）=66MB，但是其中的2MB是用來保存ECC校驗碼等額外數據的，故實際中可使用的為64MB。

NAND flash以頁為單位讀寫數據，而以塊為單位擦除數據。按照這樣的組織方式可以形成所謂的三類地址：

Column Address：Starting Address of the Register. 翻成中文為列地址，地址的低8位

Page Address ：頁地址

Block Address ：塊地址

對於NAND Flash來講，地址和命令只能在I/O[7:0]上傳遞，數據寬度是8位。

採用flash介質時一個需要重點考慮的問題是可靠性。對於需要擴展MTBF的系統來說，Flash是非常合適的存儲方案。可以從壽命（耐用性）、位交換和壞塊處理三個方面來比較NOR和NAND的可靠性。

壽命（耐用性）

在NAND快閃記憶體中每個塊的最大擦寫次數是一百萬次，而NOR的擦寫次數是十萬次。

NAND存儲器除了具有10比1的塊擦除周期優勢，典型 的NAND塊尺寸要比NOR器件小8倍，每個NAND存儲器塊在給定的時間內的刪除次數要少一 些。

位交換

所有flash器件都受位交換現象的困擾。在某些情況下（很少見，NAND發生的次數要比NOR多），一個比特位會發生反轉或被報告反轉了。

一位的變化可能不很明顯，但是如果發生在一個關鍵文件上，這個小小的故障可能 導致系統停機。如果只是報告有問題，多讀幾次 就可能解決了。

當然，如果這個位真的改變了，就必須採用錯誤探測/錯誤更正(EDC/ECC)演演算法。位 反轉的問題更多見於NAND快閃記憶體，NAND的供應商建 議使用NAND快閃記憶體的時候，同時使用EDC/ECC演演算法。

這個問題對於用NAND存儲多媒體信息時倒不是致命的。當然，如果用本地存儲設備來存儲操作系統、配置文件或其他敏感信息時，必須使用EDC/ECC系統以確保可靠性。

壞塊處理

NAND器件中的壞塊是隨機分佈的。以前也曾有過消除壞塊的努力，但發現成品率太低，代價太高，根本不划算。

NAND器件需要對介質進行初始化掃描以發現壞塊，並將壞塊標記為不可用。在已制 成的器件中，如果通過可靠的方法不能進行這項 處理，將導致高故障率。

可以非常直接地使用基於NOR的快閃記憶體，可以像其他存儲器那樣連接，並可以在上面直 接運行代碼。

由於需要I/O介面，NAND要複雜得多。各種NAND器件的存取方法因廠家而異。

在使用NAND器件時，必須先寫入驅動程序，才能繼續執行其他操作。向NAND器件寫 入信息需要相當的技巧，因為設計師絕不能向壞 塊寫入，這就意味著在NAND器件上自始至終都必須進行虛擬映射。

當討論軟體支持的時候，應該區別基本的讀/寫/擦操作和高一級的用於磁碟模擬和 快閃記憶體管理演演算法的軟體，包括性能優化。

在NOR器件上運行代碼不需要任何的軟體支持，在NAND器件上進行同樣操作時，通常 需要驅動程序，也就是內存技術驅動程序(MTD )，NAND和NOR器件在進行寫入和擦除操作時都需要MTD。

使用NOR器件時所需要的MTD要相對少一些，許多廠商都提供用於NOR器件的更高級軟 件，這其中包括M-System的TrueFFS驅動，該驅 動被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等廠商所採用。

驅動還用於對DiskOnChip產品進行模擬和NAND快閃記憶體的管理，包括糾錯、壞塊處理和 損耗平衡。（糾正一點：NOR擦除時，是全部寫1，不是寫0，而且，NOR FLASH SECTOR擦除時間視品牌、大小不同而不同，比如，4M FLASH，有的SECTOR擦除時間為60ms，而有的需要最大6S。）NOR FLASH的主要供應商是INTEL ,MICRO等廠商，曾經是FLASH的主流產品，但現在被 NAND FLASH擠的比較難受。它的優點是可以直接從FLASH中運行程序，但是工藝複雜，價格比 較貴。

NAND FLASH的主要供應商是SAMSUNG和東芝，在U盤、各種存儲卡、MP3播放器裡面的都是這種 FLASH，由於工藝上的不同，它比NOR FLASH擁有更大存儲容量，而且便宜。但也有缺點，就是

無法定址直接運行程序，只能存儲數據。另外NAND FLASH 非常容易出現壞區，所以需要有校驗的演演算法。

在掌上電腦里要使用NAND FLASH 存儲數據和程序，但是必須有NOR FLASH來啟動。除了

SAMSUNG處理器，其他用在掌上電腦的主流處理器還不支持直接由NAND FLASH 啟動程序。因此，

必須先用一片小的NOR FLASH 啟動機器，在把OS等軟體從NAND FLASH 載入SDRAM中運行才行，挺麻煩的。

NAND型快閃記憶體以塊為單位進行擦除操作。快閃記憶體的寫入操作必須在空白區域進行，如果目標區域已經有數據，必須先擦除后寫入，因此擦除操作是快閃記憶體的基本操作。

而SRAM(Static RAM，靜態隨機存儲器)-此類靜態RAM的運行速度非常快，也非常昂貴，其體積相對來說也比較大。今天我們常說的CPU內的一級、二級緩存就是使用了此SRAM。英特爾的Pentium III Coppermine CPU中結合有256KB的全速二級緩存，這實際上就是一種SRAM。非常不幸得就是此種SRAM與其"夥伴"DRAM相比非常地昂貴，因此在CPU內只能使用少量的SRAM，以降低處理器的生產成本；不過由於SRAM的特點---高速度，因此對提高系統性能非常有幫助。處理器內的一級緩存，其運行頻率與CPU的時鐘同步；而二級緩存可以整合在CPU中，也可以位於如一些Slot-1 CPU的邊上。