Flash存储器

FLASH 存储器又称闪存，它结合了ROM和RAM的长处，不仅具备电子可擦除可编程(EEPROM)的性能，还不会断电丢失数据同时可以快速读取数据(NVRAM 的优势)，U盘和MP3里用的就是这种存储器。

在过去的20年里，嵌入式系统一直使用ROM (EPROM)作为它们的存储设备，然而近年来Flash全面代替了ROM (EPROM)在嵌入式系统中的地位，用作存储Bootloader以及操作系统或者程序代码或者直接当硬盘使用（U盘）。 

目前Flash主要有两种NOR Flash和NAND Flash。

NOR Flash的读取和我们常见的SDRAM的读取是一样，用户可以直接运行装载在NOR FLASH里面的代码，这样可以减少SRAM的容量从而节约了成本。

NAND Flash没有采取内存的随机读取技术，它的读取是以一次读取一块的形式来进行的，通常是一次读取512个字节，采用这种技术的Flash比较廉价。

用户不能直接运行NAND Flash上的代码，因此好多使用NAND Flash的开发板除了使用NAND Flash以外，还用一块小的NOR Flash来运行启动代码。 

一般小容量的用NOR Flash，因为其读取速度快，多用来存储操作系统等重要信息。

而大容量的用NAND FLASH，最常见的NAND FLASH应用是嵌入式系统采用的DOC(Disk On Chip)和我们通常用的"闪盘"，可以在线擦除。

目前市面上的FLASH 主要来自Intel，AMD，Fujitsu和Toshiba，而生产NAND Flash的主要厂家有Samsung和Toshiba。

NOR 和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。

Intel于1988年首先开发出NOR flash技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。

紧接着，1989年，东芝公司发表了NAND flash结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。

但是经过了十多年之后，仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR 和NAND闪存。

"flash存储器"经常可以与相"NOR存储器"互换使用。

许多业内人士也搞不清楚NAND闪存技术相对于NOR技术的优越之处，因为大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码，这时NOR闪存更适合一些。而NAND则是高数据存储密度的理想解决方案。

NOR 是现在市场上主要的非易失闪存技术。

NOR一般只用来存储少量的代码，NOR主要应用在代码存储介质中。

NOR的特点是应用简单、无需专门的接口电路、传输效率高，它是属于芯片内执行(XIP, eXecute In Place)，这样应用程序可以直接在(NOR型) flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。

在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。

NOR flash带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节。

NOR flash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分。

NAND结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。

应用NAND的困难在于flash的管理和需要特殊的系统接口。

1) 性能比较

flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。

任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。

NAND器件执行擦除操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为1。　

由于擦除NOR器件时是以64～128KB的块进行的，执行一个写入/擦除操作的时间为5s，与此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的块进行的，执行相同的操作最多只需要4ms。　　

执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NADN之间的性能差距，统计表明，对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时)，更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进行。这样，当选择存储解决方案时，设计师必须权衡以下的各项因素：

　　a、 NOR的读速度比NAND稍快一些；

　　b、 NAND的写入速度比NOR快很多；　

　　c、 NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快；

　　d、 大多数写入操作需要先进行擦除操作；

　　e、 NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。

2) 接口差别

NOR flash带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节。　　

NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，各个产品或厂商的方法可能各不相同，8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。

NAND读和写操作采用512字节的块，这一点有点像硬盘管理此类操作，很自然地，基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。

3) 容量和成本

NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半，由于生产过程更为简单，NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量，也就相应地降低了价格。

NOR flash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分，而NAND flash只是用在8～128MB的产品当中，这也说明NOR主要应用在代码存储介质中，NAND适合于数据存储，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存储卡市场上所占份额最大。

4) 可靠性和耐用性　

采用flahs介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性，对于需要扩展MTBF的系统来说，Flash是非常合适的存储方案，可以从寿命(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较NOR和NAND的可靠性。

a、 寿命(耐用性)　

在NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次，而NOR的擦写次数是十万次，NAND存储器除了具有10比1的块擦除周期优势。

典型的NAND块尺寸要比NOR器件小8倍，每个NAND存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。　

b、 位交换　

所有flash器件都受位交换现象的困扰。在某些情况下(很少见，NAND发生的次数要比NOR多)，一个比特(bit)位会发生反转或被报告反转了。

一位的变化可能不很明显，但是如果发生在一个关键文件上，这个小小的故障可能导致系统停机。如果只是报告有问题，多读几次就可能解决了。

当然，如果这个位真的改变了，就必须采用错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法。位反转的问题更多见于NAND闪存，NAND的供应商建议使用NAND闪存的时候，同时使用EDC/ECC算法。

这个问题对于用NAND存储多媒体信息时倒不是致命的。当然，如果用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其他敏感信息时，必须使用EDC/ECC系统以确保可靠性。　　

c、坏块处理　

NAND器件中的坏块是随机分布的。以前也曾有过消除坏块的努力，但发现成品率太低，代价太高，根本不划算。　

NAND器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块，并将坏块标记为不可用。在已制成的器件中，如果通过可靠的方法不能进行这项处理，将导致高故障率。

5) 易于使用　

可以非常直接地使用基于NOR的闪存，可以像其他存储器那样连接，并可以在上面直接运行代码。　

由于需要I/O接口，NAND要复杂得多。各种NAND器件的存取方法因厂家而异。

在使用NAND器件时，必须先写入驱动程序，才能继续执行其他操作。向NAND器件写入信息需要相当的技巧，因为设计师绝不能向坏块写入，这就意味着在NAND器件上自始至终都必须进行虚拟映射。

6) 软件支持

当讨论软件支持的时候，应该区别基本的读/写/擦操作和高一级的用于磁盘仿真和闪存管理算法的软件，包括性能优化。

在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持，在NAND器件上进行同样操作时，通常需要驱动程序，也就是内存技术驱动程序(MTD)，NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。　

使用NOR器件时所需要的MTD要相对少一些，许多厂商都提供用于NOR器件的更高级软件，这其中包括M-System 的TrueFFS驱动，该驱动被 Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和 Intel等厂商所采用。

驱动还用于对DiskOnChip产品进行仿真和NAND闪存的管理，包括纠错、坏块处理和损耗平衡。

NOR FLASH的主要供应商是INTEL、MICRO等厂商，曾经是FLASH的主流产品，但现在被NAND FLASH挤的比较难受。它的优点是可以直接从FLASH中运行程序，但是工艺复杂，价格比较贵。

NAND FLASH的主要供应商是 SAMSUNG和东芝，在U盘、各种存储卡、MP3播放器里面的都是这种FLASH，由于工艺上的不同，它比NOR FLASH拥有更大存储容量，而且便 宜。但也有缺点，就是无法寻址直接运行程序，只能存储数据。另外NAND FLASH 非常容易出现坏区，所以需要有校验的算法。

在掌上电脑里要使用NAND FLASH 存储数据和程序，但是必须有NOR FLASH来启动。除了SAMSUNG处理器，其他用在掌上电脑的主流处理器还不支持直接由NAND FLASH 启动程序。因此，必须先用一片小的NOR FLASH 启动机器，在把OS等软件从NAND FLASH 载入SDRAM中运行才行，挺麻烦的。