工程師譚軍 發表於 2018-10-07 15:39:00
NOR Flash
NOR Flash是現在市場上兩種主要的非易失快閃記憶體技術之一。Intel於1988年首先開發出NOR Flash 技術，徹底改變了原先由EPROM（Erasable Programmable Read-Only-Memory電可編程序只讀存儲器）和EEPROM（電可擦只讀存儲器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory）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，有更高的性能，並且像磁碟一樣可以通過接口輕鬆升級。NOR Flash 的特點是晶片內執行（XIP ，eXecute In Place），這樣應用程式可以直接在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到它的性能。NAND的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接口。
性能比較
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。
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擦除速度遠比NOR的5s快。
4 、大多數寫入操作需要先進行擦除操作。
5 、NAND的擦除單元更小，相應的擦除電路更少。
此外，NAND的實際應用方式要比NOR複雜的多。NOR可以直接使用，並可在上面直接運行代碼；而NAND需要I/O接口，因此使用時需要驅動程序。不過當今流行的作業系統對NAND結構的Flash都有支持。此外，Linux內核也提供了對NAND結構的Flash的支持。
詳解
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，並且象磁碟一樣可以通過接口輕鬆升級。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。
像「flash存儲器」經常可以與相「NOR存儲器」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，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的特點是晶片內執行（XIP， eXecute In Place），這樣應用程式可以直接在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接口。
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部的每一個字節。
NAND器件使用複雜的I/O口來串行地存取數據，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。
容量成本
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MMC（多媒體存儲卡Multi Media Card）存儲卡市場上所佔份額最大。
可靠耐用
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（平均故障間隔時間Mean Time Between Failures）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塊尺寸為NOR器件的八分之一，每個NAND存儲器塊在給定的時間內的刪除次數要少一些。
一、Flash介紹
常用的flash類型有NOR Flash 和Nand Flash 兩種；
（1）Nor Flash
1、Nor Flash的接口和RAM完全相同，可以隨機訪問任意地址的數據，在其上進行讀操作的效率非常高，但是擦除和寫操作的效率很低，另外，Nor Flash的容量一般比較小，通常，Nor Flash用於存儲程序；
2、Nor Flash的塊大小範圍為64KB—128KB；
3、擦寫一個Nor Flash塊需要4s，
4、市場上Nor Flash 的容量通常為1MB—4MB
（2）Nand Flash
1、Nand Flash的接口僅僅包含幾個I/O引腳，需要串行地訪問，Nand Flash進行擦除和寫操作的效率很高，容量較大，
通常Nand Flash用於存儲數據；
2、Nand Flash的塊大小範圍為8KB—64KB；
3、擦寫一個Nand Flash塊需要2ms；
4、Nand Flash 一般以512位元組為單位進行讀寫
5、 市場上 Nand Flash 的容量一般為 8M—512M
二、Nand Flash的物理結構
以三星公司生產的 K9F1208U0M 為例：
1、容量：64MB，
一共4個層；
每層1024個塊（block）；
1塊包含32頁
1頁包含 512 + 16 = 528個字節
2、外部接口：8個I/O口，5個使能信號（ALE、CLE、nWE、nRE、nCE），1個狀態引腳（RDY/B），1個防寫引腳（nWE）；
3、命令、地址、數據都通過8個I/O口輸入輸出；
4、寫入命令、地址、數據時，都需要將nWE、nCE信號同時拉低；數據在WE上升沿被鎖存；
5、CLE、ALE用來區分I/O引腳上傳輸的是數據還是地址；
6、64MB的空間需要26位地址，因此以字節為單位訪問Flash時需要4個地址序列；
7、讀/寫頁在發出命令後，需要4個地址序列，而擦除塊在發出擦除命令後僅需要3個地址序列；
三、Nand Flash訪問方法
操作Nand Flash時，先傳輸命令，然後傳輸地址，最後讀、寫數據，期間要檢查flash的狀態；
K9F1208U0M 一頁大小為528位元組，而列地址A0——A7可以尋址的範圍是256位元組，所以將一頁分為A、B、C三個區：
A區：0—255位元組
B區：256—511位元組
C區：512—527位元組
（1）復位
命令：FFh
步驟：發出命令即可復位Nand Flash晶片；
（2）讀操作
命令：
00h——讀A區
01h——讀B區
50h——讀C區
操作步驟：
1、發出命令 00h、01h 或50h， 00h將地址位A8設為0， 01h將A8設為1 ；
2、依次發出4個地址序列；
3、檢測R/nB，待其為高電平時，就可以讀取數據了；
（3）flash編程
命令：
80h——10h ：寫單頁；
80h——11h ：對多個層進行些頁操作；
操作步驟：
1、寫單頁步驟：
【1】發出80h命令後；
【2】發送4個地址序列；
【3】向flash發送數據；
【4】發出命令10h啟動寫操作，flash內部自動完成寫、校驗操作；
【5】通過命令70h讀取狀態位，查詢寫操作是否完成；
2、多頁寫
【1】發出80h、4個地址序列、最多528位元組的數據；
【2】發出11h命令；
【3】接著在相鄰層執行【1】、【2】兩步操作；
【4】第四頁的最後使用10h代替11h，啟動flash內部的寫操作；
【5】可以通過71h查詢寫操作是否完成；
（4）複製
命令：
00h——8Ah——10h ：單層頁內複製
03h——8Ah——11h ：多層頁內複製
操作步驟：
1、單層頁內複製步驟：
【1】發出命令00h；
【2】4個源地址序列；
【2】接著發出8Ah；
【4】發出4個目的地址序列；
【5】發出10h命令，啟動寫操作；
【6】通過70h命令讀取狀態查詢操作是否完成；
2、多層頁內複製步驟：
【1】發出命令00h（第一層）、4個源頁地址序列；
【2】以後各層依次發出命令03h、4個源頁地址序列；
【3】發出命令8Ah、目的地址、命令11h；
【4】各層依次執行【3】，在最後一頁的地址後，用10h代替11h，啟動寫操作；
【5】通過71h命令讀取狀態查詢操作是否完成；
（5）擦除
命令：
60h——D0h ：單層內塊擦除
60h-60h ——D0h ：多層內塊擦除
操作步驟：
1、單層內塊擦除：
【1】發出命令字60h；
【2】發出塊（block）地址，僅需3個地址序列；
【3】發出D0h，啟動擦除操作；
【4】發出70h命令查詢狀態，是否完成擦除；
2、多層內塊擦除：
【1】發出命令字60h，3個塊地址序列；
【2】對每個層執行【1】；
【3】發出命令D0h，啟動擦除操作；
【4】發出71h命令查詢狀態，檢查是否完成擦除；
（6）讀取晶片ID
命令：90h
操作步驟：
1、發出命令90h；
2、發出4個地址序列（均設為0）；
3、連續讀入5個數據，分別表示：廠商代碼、設備代碼、保留字節、多層操作代碼；
（7）讀狀態
命令：
70h——單層狀態
71h——多層狀態
操作步驟：寫入命令字之後，然後啟動讀操作即可讀入此寄存器。
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