NOR Flash

NOR Flash是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術之一。Intel于1988年首先開發(fā)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(tǒng)天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發(fā)表了NAND Flash 結構，強調降低每比特的成本，有更高的性能，并且像磁盤一樣可以通過接口輕松升級。NOR Flash 的特點是芯片內執(zhí)行（XIP ，eXecute In Place），這樣應用程序可以直接在Flash閃存內運行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)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，并且寫入和擦除的速度也很快。應用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(shù)情況下，在進行寫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。

由于擦除NOR器件時是以64～128KB的塊進行的，執(zhí)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(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。

執(zhí)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(tǒng)計表明，對于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于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(shù)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復雜的多。NOR可以直接使用，并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。不過當今流行的操作系統(tǒng)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(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術。Intel于1988年首先開發(fā)出NOR flash技術，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結構，強調降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盤一樣可以通過接口輕松升級。但是經過了十多年之后，仍然有相當多的硬件工程師分不清NOR和NAND閃存。

像“flash存儲器”經常可以與相“NOR存儲器”互換使用。許多業(yè)內人士也搞不清楚NAND閃存技術相對于NOR技術的優(yōu)越之處，因為大多數(shù)情況下閃存只是用來存儲少量的代碼，這時NOR閃存更適合一些。而NAND則是高數(shù)據存儲密度的理想解決方案。

NOR的特點是芯片內執(zhí)行（XIP， eXecute In Place），這樣應用程序可以直接在flash閃存內運行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)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，并且寫入和擦除的速度也很快。應用NAND的困難在于flash的管理需要特殊的系統(tǒng)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(jié)。

NAND器件使用復雜的I/O口來串行地存取數(shù)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(shù)據信息。

NAND讀和寫操作采用512字節(jié)的塊，這一點有點像硬盤管理此類操作，很自然地，基于NAND的存儲器就可以取代硬盤或其他塊設備。

容量成本

NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半，由于生產過程更為簡單，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占據了容量為1～16MB閃存市場的大部分，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適合于數(shù)據存儲，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC（多媒體存儲卡Multi Media Card）存儲卡市場上所占份額最大。

可靠耐用

采用flash介質時一個需要重點考慮的問題是可靠性。對于需要擴展MTBF（平均故障間隔時間Mean Time Between Failures）的系統(tǒng)來說，F(xiàn)lash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閃存中每個塊的最大擦寫次數(shù)是一百萬次，而NOR的擦寫次數(shù)是十萬次。NAND存儲器除了具有10比1的塊擦除周期優(yōu)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(shù)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(shù)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用于存儲程序；

2、Nor Flash的塊大小范圍為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用于存儲數(shù)據；

2、Nand Flash的塊大小范圍為8KB—64KB；

3、擦寫一個Nand Flash塊需要2ms；

4、Nand Flash 一般以512字節(jié)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(jié)

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(tài)引腳（RDY/B），1個寫保護引腳（nWE）；

3、命令、地址、數(shù)據都通過8個I/O口輸入輸出；

4、寫入命令、地址、數(shù)據時，都需要將nWE、nCE信號同時拉低；數(shù)據在WE上升沿被鎖存；

5、CLE、ALE用來區(qū)分I/O引腳上傳輸?shù)氖菙?shù)據還是地址；

6、64MB的空間需要26位地址，因此以字節(jié)為單位訪問Flash時需要4個地址序列；

7、讀/寫頁在發(fā)出命令后，需要4個地址序列，而擦除塊在發(fā)出擦除命令后僅需要3個地址序列；

三、Nand Flash訪問方法

操作Nand Flash時，先傳輸命令，然后傳輸?shù)刂罚詈笞x、寫數(shù)據，期間要檢查flash的狀態(tài)；

K9F1208U0M 一頁大小為528字節(jié)，而列地址A0——A7可以尋址的范圍是256字節(jié)，所以將一頁分為A、B、C三個區(qū)：

A區(qū)：0—255字節(jié)

B區(qū)：256—511字節(jié)

C區(qū)：512—527字節(jié)

（1）復位

命令：FFh

步驟：發(fā)出命令即可復位Nand Flash芯片；

（2）讀操作

命令：

00h——讀A區(qū)

01h——讀B區(qū)

50h——讀C區(qū)

操作步驟：

1、發(fā)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(fā)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(shù)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(fā)出80h命令后；

【2】發(fā)送4個地址序列；

【3】向flash發(fā)送數(shù)據；

【4】發(fā)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(tài)位，查詢寫操作是否完成；

2、多頁寫

【1】發(fā)出80h、4個地址序列、最多528字節(jié)的數(shù)據；

【2】發(fā)出11h命令；

【3】接著在相鄰層執(zhí)行【1】、【2】兩步操作；

【4】第四頁的最后使用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）復制

命令：

00h——8Ah——10h ：單層頁內復制

03h——8Ah——11h ：多層頁內復制

操作步驟：

1、單層頁內復制步驟：

【1】發(fā)出命令00h；

【2】4個源地址序列；

【2】接著發(fā)出8Ah；

【4】發(fā)出4個目的地址序列；

【5】發(fā)出10h命令，啟動寫操作；

【6】通過70h命令讀取狀態(tài)查詢操作是否完成；

2、多層頁內復制步驟：

【1】發(fā)出命令00h（第一層）、4個源頁地址序列；

【2】以后各層依次發(fā)出命令03h、4個源頁地址序列；

【3】發(fā)出命令8Ah、目的地址、命令11h；

【4】各層依次執(zhí)行【3】，在最后一頁的地址后，用10h代替11h，啟動寫操作；

【5】通過71h命令讀取狀態(tài)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(fā)出命令字60h；

【2】發(fā)出塊（block）地址，僅需3個地址序列；

【3】發(fā)出D0h，啟動擦除操作；

【4】發(fā)出70h命令查詢狀態(tài)，是否完成擦除；

2、多層內塊擦除：

【1】發(fā)出命令字60h，3個塊地址序列；

【2】對每個層執(zhí)行【1】；

【3】發(fā)出命令D0h，啟動擦除操作；

【4】發(fā)出71h命令查詢狀態(tài)，檢查是否完成擦除；

（6）讀取芯片ID

命令：90h

操作步驟：

1、發(fā)出命令90h；

2、發(fā)出4個地址序列（均設為0）；

3、連續(xù)讀入5個數(shù)據，分別表示：廠商代碼、設備代碼、保留字節(jié)、多層操作代碼；

（7）讀狀態(tài)

命令：

70h——單層狀態(tài)

71h——多層狀態(tài)

操作步驟：寫入命令字之后，然后啟動讀操作即可讀入此寄存器。