《電子技術(shù)應(yīng)用》
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nand nor flash區(qū)別

2008-06-30
關(guān)鍵詞: Flash NAND

NOR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。但是經(jīng)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。
相“flash存儲器”經(jīng)??梢耘c相“NOR存儲器”互換使用。許多業(yè)內(nèi)人士也搞不清
楚NAND閃存技術(shù)相對于NOR技術(shù)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(jù)存儲密度的理想解決方案。 
  NOR的特點是芯片內(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(jié)構(gòu)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(yīng)用NAND的困難在于flash的管理和需要
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(nèi)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(nèi)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NADN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(shè)計師必
須權(quán)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4ms擦除速度遠比NOR的5s快。
  ● 大多數(shù)寫入操作需要先進行擦除操作。
  ● 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),各個產(chǎn)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(jù)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(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)提供更高的容量,也就相應(yīng)地降低了價格。
  NOR flash占據(jù)了容量為1~16MB閃存市場的大部分,而NAND flash只是用在8~128M
B的產(chǎn)品當中,這也說明NOR主要應(yīng)用在代碼存儲介質(zhì)中,NAND適合于數(shù)據(jù)存儲,NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存儲卡市場上所占份額最大。

可靠性和耐用性
  采用flahs介質(zhì)時一個需要重點考慮的問題是可靠性。對于需要擴展MTBF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塊尺寸要比NOR器件小8倍,每個NAND存儲器塊在給定的時間內(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),一個比特位會發(fā)生反轉(zhuǎn)或被報告反轉(zhuǎn)了。
  一位的變化可能不很明顯,但是如果發(fā)生在一個關(guān)鍵文件上,這個小小的故障可能導(dǎo)致系統(tǒng)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,就必須采用錯誤探測/錯誤更正(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閃存的時候,同時使用EDC/ECC算法。
  這個問題對于用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(shè)備來存儲操作系統(tǒng)、配置文件或其他敏感信息時,必須使用EDC/ECC系統(tǒng)以確保可靠性。
  壞塊處理
  NAND器件中的壞塊是隨機分布的。以前也曾有過消除壞塊的努力,但發(fā)現(xiàn)成品率太低,代價太高,根本不劃算。
  NAND器件需要對介質(zhì)進行初始化掃描以發(fā)現(xiàn)壞塊,并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(dǎo)致高故障率。 

易于使用
  可以非常直接地使用基于NOR的閃存,可以像其他存儲器那樣連接,并可以在上面直
接運行代碼。
  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,必須先寫入驅(qū)動程序,才能繼續(xù)執(zhí)行其他操作。向NAND器件寫入信息需要相當?shù)募记?,因為設(shè)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。

軟件支持
  當討論軟件支持的時候,應(yīng)該區(qū)別基本的讀/寫/擦操作和高一級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器件上運行代碼不需要任何的軟件支持,在NAND器件上進行同樣操作時,通常需要驅(qū)動程序,也就是內(nèi)存技術(shù)驅(qū)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,許多廠商都提供用于NOR器件的更高級軟件,這其中包括M-System的TrueFFS驅(qū)動,該驅(qū)動被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等廠商所采用。
  驅(qū)動還用于對DiskOnChip產(chǎn)品進行仿真和NAND閃存的管理,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(yīng)商是INTEL ,MICRO等廠商,曾經(jīng)是FLASH的主流產(chǎn)品,但現(xiàn)在被NAND FLASH擠的比較難受。它的優(yōu)點是可以直接從FLASH中運行程序,但是工藝復(fù)雜,價格比較貴。

NAND FLASH的主要供應(yīng)商是SAMSUNG和東芝,在油盤、各種存儲卡、MP3播放器里面的都是這種FLASH,由于工藝上的不同,它比NOR FLASH擁有更大存儲容量,而且便宜。但也有缺點,就是無法尋址直接運行程序,只能存儲數(shù)據(jù)。另外NAND FLASH 非常容易出現(xiàn)壞區(qū),所以需要有校驗的算法。

在掌上電腦里要使用NAND FLASH 存儲數(shù)據(jù)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等軟件從NAND FLASH 載入SDRAM中運行才行,挺麻煩的。

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