河南地方戏哭灵:nor&nand flash介绍及区别

nor&nand flash介绍及区别
我们常说的闪存其实只是一个笼统的称呼，准确地说它是非易失随机访问存储器(NVRAM)的俗称，特点是断电后数据不消失，因此可以作为外部存储器使用。而所谓的内存是挥发性存储器，分为DRAM和SRAM两大类，其中常说的内存主要指DRAM，也就是我们熟悉的DDR、DDR2、SDR、EDO等等。闪存也有不同类型，其中主要分为NOR型和NAND型两大类。
闪存的分类
NOR型与NAND型闪存的区别很大，打个比方说，NOR型闪存更像内存，有独立的地址线和数据线，但价格比较贵，容量比较小；而NAND型更像硬盘，地址线和数据线是共用的I/O线，类似硬盘的所有信息都通过一条硬盘线传送一般，而且NAND型与NOR型闪存相比，成本要低一些，而容量大得多。因此，NOR型闪存比较适合频繁随机读写的场合，通常用于存储程序代码并直接在闪存内运行，手机就是使用NOR型闪存的大户，所以手机的“内存”容量通常不大；NAND型闪存主要用来存储资料，我们常用的闪存产品，如闪存盘、数码存储卡都是用NAND型闪存。
这里我们还需要端正一个概念，那就是闪存的速度其实很有限，它本身操作速度、频率就比内存低得多，而且NAND型闪存类似硬盘的操作方式效率也比内存的直接访问方式慢得多。因此，不要以为闪存盘的性能瓶颈是在接口，甚至想当然地认为闪存盘采用USB2.0接口之后会获得巨大的性能提升。
前面提到NAND型闪存的操作方式效率低，这和它的架构设计和接口设计有关，它操作起来确实挺像硬盘(其实NAND型闪存在设计之初确实考虑了与硬盘的兼容性)，它的性能特点也很像硬盘：小数据块操作速度很慢，而大数据块速度就很快，这种差异远比其他存储介质大的多。这种性能特点非常值得我们留意。
NAND型闪存的技术特点
内存和NOR型闪存的基本存储单元是bit，用户可以随机访问任何一个bit的信息。而NAND型闪存的基本存储单元是页(Page)(可以看到，NAND型闪存的页就类似硬盘的扇区，硬盘的一个扇区也为512字节)。每一页的有效容量是512字节的倍数。所谓的有效容量是指用于数据存储的部分，实际上还要加上16字节的校验信息，因此我们可以在闪存厂商的技术资料当中看到“(512+16)Byte”的表示方式。目前2Gb以下容量的NAND型闪存绝大多数是(512+16)字节的页面容量，2Gb以上容量的NAND型闪存则将页容量扩大到(2048+64)字节。
NAND型闪存以块为单位进行擦除操作。闪存的写入操作必须在空白区域进行，如果目标区域已经有数据，必须先擦除后写入，因此擦除操作是闪存的基本操作。一般每个块包含32个512字节的页，容量16KB；而大容量闪存采用2KB页时，则每个块包含64个页，容量128KB。
每颗NAND型闪存的I/O接口一般是8条，每条数据线每次传输(512+16)bit信息，8条就是(512+16)×8bit，也就是前面说的512字节。但较大容量的NAND型闪存也越来越多地采用16条I/O线的设计，如三星编号K9K1G16U0A的芯片就是64M×16bit的NAND型闪存，容量1Gb，基本数据单位是(256+8)×16bit，还是512字节。
寻址时，NAND型闪存通过8条I/O接口数据线传输地址信息包，每包传送8位地址信息。由于闪存芯片容量比较大，一组8位地址只够寻址256个页，显然是不够的，因此通常一次地址传送需要分若干组，占用若干个时钟周期。NAND的地址信息包括列地址(页面中的起始操作地址)、块地址和相应的页面地址，传送时分别分组，至少需要三次，占用三个周期。随着容量的增大，地址信息会更多，需要占用更多的时钟周期传输，因此NAND型闪存的一个重要特点就是容量越大，寻址时间越长。而且，由于传送地址周期比其他存储介质长，因此NAND型闪存比其他存储介质更不适合大量的小容量读写请求。
决定NAND型闪存的因素有哪些？
1．页数量
前面已经提到，越大容量闪存的页越多、页越大，寻址时间越长。但这个时间的延长不是线性关系，而是一个一个的台阶变化的。譬如128、256Mb的芯片需要3个周期传送地址信号，512Mb、1Gb的需要4个周期，而2、4Gb的需要5个周期。
2．页容量
每一页的容量决定了一次可以传输的数据量，因此大容量的页有更好的性能。前面提到大容量闪存(4Gb)提高了页的容量，从512字节提高到2KB。页容量的提高不但易于提高容量，更可以提高传输性能。我们可以举例子说明。以三星K9K1G08U0M和K9K4G08U0M为例，前者为1Gb，512字节页容量，随机读(稳定)时间12μs，写时间为200μs；后者为4Gb，2KB页容量，随机读(稳定)时间25μs，写时间为300μs。假设它们工作在20MHz。
读取性能：NAND型闪存的读取步骤分为：发送命令和寻址信息→将数据传向页面寄存器(随机读稳定时间)→数据传出(每周期8bit，需要传送512+16或2K+64次)。
K9K1G08U0M读一个页需要：5个命令、寻址周期×50ns+12μs+(512+16)×50ns=38.7μs；K9K1G08U0M实际读传输率：512字节÷38.7μs=13.2MB/s；K9K4G08U0M读一个页需要：6个命令、寻址周期×50ns+25μs+(2K+64)×50ns=131.1μs；K9K4G08U0M实际读传输率：2KB字节÷131.1μs=15.6MB/s。因此，采用2KB页容量比512字节也容量约提高读性能20%。
写入性能：NAND型闪存的写步骤分为：发送寻址信息→将数据传向页面寄存器→发送命令信息→数据从寄存器写入页面。其中命令周期也是一个，我们下面将其和寻址周期合并，但这两个部分并非连续的。
K9K1G08U0M写一个页需要：5个命令、寻址周期×50ns+(512+16)×50ns+200μs=226.7μs。K9K1G08U0M实际写传输率：512字节÷226.7μs=2.2MB/s。K9K4G08U0M写一个页需要：6个命令、寻址周期×50ns+(2K+64)×50ns+300μs=405.9μs。K9K4G08U0M实际写传输率：2112字节/405.9μs=5MB/s。因此，采用2KB页容量比512字节页容量提高写性能两倍以上。
3．块容量
块是擦除操作的基本单位，由于每个块的擦除时间几乎相同(擦除操作一般需要2ms，而之前若干周期的命令和地址信息占用的时间可以忽略不计)，块的容量将直接决定擦除性能。大容量NAND型闪存的页容量提高，而每个块的页数量也有所提高，一般4Gb芯片的块容量为2KB×64个页=128KB，1Gb芯片的为512字节×32个页=16KB。可以看出，在相同时间之内，前者的擦速度为后者8倍！
4．I/O位宽
以往NAND型闪存的数据线一般为8条，不过从256Mb产品开始，就有16条数据线的产品出现了。但由于控制器等方面的原因，x16芯片实际应用的相对比较少，但将来数量上还是会呈上升趋势的。虽然x16的芯片在传送数据和地址信息时仍采用8位一组，占用的周期也不变，但传送数据时就以16位为一组，带宽增加一倍。K9K4G16U0M就是典型的64M×16芯片，它每页仍为2KB，但结构为(1K+32)×16bit。
模仿上面的计算，我们得到如下。K9K4G16U0M读一个页需要：6个命令、寻址周期×50ns+25μs+(1K+32)×50ns=78.1μs。K9K4G16U0M实际读传输率：2KB字节÷78.1μs=26.2MB/s。K9K4G16U0M写一个页需要：6个命令、寻址周期×50ns+(1K+32)×50ns+300μs=353.1μs。K9K4G16U0M实际写传输率：2KB字节÷353.1μs=5.8MB/s
可以看到，相同容量的芯片，将数据线增加到16条后，读性能提高近70%，写性能也提高16%。
5．频率
工作频率的影响很容易理解。NAND型闪存的工作频率在20～33MHz，频率越高性能越好。前面以K9K4G08U0M为例时，我们假设频率为20MHz，如果我们将频率提高一倍，达到40MHz，则
K9K4G08U0M读一个页需要：6个命令、寻址周期×25ns+25μs+(2K+64)×25ns=78μs。K9K4G08U0M实际读传输率：2KB字节÷78μs=26.3MB/s。可以看到，如果K9K4G08U0M的工作频率从20MHz提高到40MHz，读性能可以提高近70%！当然，上面的例子只是为了方便计算而已。在三星实际的产品线中，可工作在较高频率下的应是K9XXG08UXM，而不是K9XXG08U0M，前者的频率目前可达33MHz。
6．制造工艺
制造工艺可以影响晶体管的密度，也对一些操作的时间有影响。譬如前面提到的写稳定和读稳定时间，它们在我们的计算当中占去了时间的重要部分，尤其是写入时。如果能够降低这些时间，就可以进一步提高性能。90nm的制造工艺能够改进性能吗？答案恐怕是否！目前的实际情况是，随着存储密度的提高，需要的读、写稳定时间是呈现上升趋势的。前面的计算所举的例子中就体现了这种趋势，否则4Gb芯片的性能提升更加明显。
综合来看，大容量的NAND型闪存芯片虽然寻址、操作时间会略长，但随着页容量的提高，有效传输率还是会大一些，大容量的芯片符合市场对容量、成本和性能的需求趋势。而增加数据线和提高频率，则是提高性能的最有效途径，但由于命令、地址信息占用操作周期，以及一些固定操作时间(如信号稳定时间等)等工艺、物理因素的影响，它们不会带来同比的性能提升。
三星K9XXG08XXM闪存芯片架构图
1Page=(2K+64)Bytes；1Block=(2K+64)B×64Pages=(128K+4K)Bytes；1Device=(2K+64)B×64Pages×4096Blocks=4224Mbits
三星K9XXG08XXM闪存芯片地址信息
其中：A0～11对页内进行寻址，可以被理解为“列地址”。
A12～29对页进行寻址，可以被理解为“行地址”。为了方便，“列地址”和“行地址”分为两组传输，而不是将它们直接组合起来一个大组。因此每组在最后一个周期会有若干数据线无信息传输。没有利用的数据线保持低电平。NAND型闪存所谓的“行地址”和“列地址”不是我们在DRAM、SRAM中所熟悉的定义，只是一种相对方便的表达方式而已。为了便于理解，我们可以将上面三维的NAND型闪存芯片架构图在垂直方向做一个剖面，在这个剖面中套用二维的“行”、“列”概念就比较直观了。
什么是NOR和NAND闪存？
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。
相“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的特点是芯片内执行(XIP, eXecute In Place)，这样应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高，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。
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。
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0。
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。
● NOR的读速度比NAND稍快一些。
● NAND的写入速度比NOR快很多。
● NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。
● 大多数写入操作需要先进行擦除操作。
● NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。
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。
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。
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。
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。
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*性。
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*的方法不能进行这项处理，将导致高故障率。
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。
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。
如下就要编程时在程序里要配置的一些参数
eg:
const NAND_INFO g_NandInfo[] =
{
// {NandID, NandExtID, PlaneNum Tals Talh Trp Twp Trhw Twhr dwPageSize, dwBlockSize, dwPageAddressCycle, dwMinValidBlocks, dwMaxValidBlocks}
/*SAMSUNG_K9G8G08U0A*/ {0xECD3, 0x0064a514, 2,    12,   5,   12, 12, 100, 60,   2048,   256 * 1024,   3,      3996,     4096},
/*SAMSUNG_K9G8G08U0B*/ {0xECD3, 0x0064a514, 2,    12,   5,   12, 12, 100, 60,   2048,   256 * 1024,   3,      3996,     4096},
/*SAMSUNG_K9G8G08U0M*/ {0xECD3, 0x00642514, 2,    15,   5,   15, 15, 100, 60,   2048,   256 * 1024,   3,      3996,     4096},
/*SAMSUNG_K9GAG08U0M*/ {0xECD5, 0x0074b614, 1,    12,   5,   12, 12, 100, 60,   4096,   512 * 1024,   3,      3996,     4096},
/*SAMSUNG_K9LAG08U0M*/ {0xECD5, 0x00682555, 0x800002, 12,   5,   12, 12, 60,   60,   2048,   256 * 1024,   3,      7992,     8192},
/*SAMSUNG_***********/ {0xECD5, 0x0068a555, 0x800002, 15,   5,   15, 15, 100, 60,   2048,   256 * 1024,   3,      7992,     8192},
/*SAMSUNG_K9LBG08U0M*/ {0xECD7, 0,    1,    12,   5,   12, 12, 100, 60,   4096,   512 * 1024,   3,      7992,     8192},
/*SAMSUNG_K9F1G08U0M*/ {0xECF1, 0,    1,    15,   5,   15, 15, 100, 60,   2048,   128 * 1024,   3,      1004,     1024},
/*HYNIX_HY27UT088G2A*/ {0xADD3, 0x0034A514, 2,    12,   5,   12, 12, 100, 80,   2048,   256 * 1024,   3,      3996,     4096},
/*HYNIX_HY27UF081G2M*/ {0xADF1, 0,    1,    5,   15,   25, 40, 60,   60,   2048,   128 * 1024,   3,      1004,     1024},
/*HYNIX_HY27UU08AG5A*/ {0xADD3, 0x0134A514, 2,    12,   5,   12, 12, 100, 80,   2048,   256 * 1024,   3,      7992,     8192},
/*HYNIX_hy27UV08BG5A*/ {0xADD5, 0x0138A555, 2,    15,   15,   15, 15, 100, 100, 2048,   256 * 1024,   3,      7992*2,     8192*2},
/*Micr_MT29F16G08MAA*/ {0x2CD3, 0x00743E94, 2,    10,   5,   10, 10, 100, 60,   4096,   512 * 1024,   3,      3936,     4096},
/*Micr_MT29F16G08QAA*/ {0x2CD5, 0x00743E94, 2,    10,   5,   10, 10, 100, 60,   4096,   512 * 1024,   3,      3936*2,     4096*2},
/*Micr_MT29F16G08TAA*/ {0x2CD5, 0x00783ED5, 1,    10,   5,   10, 10, 100, 60,   4096,   512 * 1024,   3,      3936*4,     4096*4},
/*INTEL_29F16G08AAMC1*/ {0x89D3, 0x00783E94, 2,    10,   5,   10, 10, 100, 60,   4096,   512 * 1024,   3,      3936,     4096},
/*INTEL_29F32G08CAMC1*/ {0x89D5, 0x00783E94, 2,    10,   5,   10, 10, 100, 60,   4096,   512 * 1024,   3,      3936*2,     4096*2},
/*INTEL_29F64G08FAMC1*/ {0x89D7, 0x00783ED5, 1,    10,   5,   10, 10, 100, 60,   4096,   512 * 1024,   3,      3936*4,     4096*4},
};
//Note: NandID = Manufacture code + device code; and if your chip is not mutil cs,you must set NandExtId = 0,whether it has or no.