微机原理NAND FLASH 和NOR FLASH区别.docx

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微机原理NANDFLASH和NORFLASH区别

NANDFLASH和NORFLASH区别

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NORflash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NANDflash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,eXecuteInPlace），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

NORflash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

NANDflash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。

NORflash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分，而NANDflash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、SecureDigital、PCCards和MMC存储卡市场上所占份额最大。

可*性和耐用性采用flahs介质时一个需要重点考虑的问题是可*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*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WindRiverSystem、Microsoft、QNXSoftwareSystem、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。

IntelFlash芯片i28f160,i28f320:

i28F320B:

64*64K,64个blocks,4M空间,每个block64K,第一个64K由8个8*8K小blocks组成.

每个Black可以被独立擦写（寿命周期）100,000次以上

Flash操作的大概步骤:

flash读写操作中,读应该很简单,和RAM一样,写就复杂一点. 

Intel TE28F320C3的flash是4M空间

flash空间,划分成许多的block,Intel TE28F320C3的flash是4M空间,64个block,每个block由64K.

要对所有的block单独进行操作, 每个操作结束,都需要判断状态, 

每个block操作的大概步骤如下:

1.unlock 

2.erase 

3.check empty 

所有的block完成上述操作,且状态正确,才能进行下一步,写 

4.write 

NAND闪存（K9F1208U0A）的数据存储结构分层为：

1设备（Device）=4096块（Block）;1块=32页/行（Page/row）;1页=528B=数据块（512B）+OOB块（16B）

在每一页中，最后16个字节（又称OOB）在NAND闪存命令执行完毕后设置状态，剩余512个字节又分为前半部分和后半部分。

可以通过NAND闪存命令00h/01h/50h分别对前半部、后半部、OOB进行定位，通过NAND闪存内置的指针指向各自的首地址。

NAND闪存的操作特点为：

擦除操作的最小单位是块；NAND闪存芯片每一位只能从1变为0，而不能从0变为1，所以在对其进行写入操作之前一定要将相应块擦除；OOB部分的第6字节为坏快标志，即如果不是坏块该值为FF，否则为坏块；除OOB第6字节外，通常用OOB的前3个字节存放NAND闪存的硬件ECC（校验寄存器）码；

flash有NOR和NAND等不同的形式。

以下从我们做layout的角度来看他们的区别，如下2图：

             Figure

（1）                                    figure

（2）

看过上图，layoutengineer们最先得出的结论应该是什么呢？

对！

是尺寸，即size不同。

显然，NOR的cell都是单个的，而NAND的cell却是可以串联起来（省了contact的面积）。

由此，组成cellarray时size区别也就明显了，不难得出结论是NAND的面积远小于NOR。

（面积小代表什么？

成本啊，嘿嘿！

）

单个独立的basiccell，虽然缺点是拉大了面积，但优点也是显而易见的。

也就是可以精确到每一个bit，并且是可以独立的。

就这点来看，如果是读NOR的优势明显，而NAND却需要打开（figure1）垂直方向上的所有MOS，才能确认到是哪个bit，因此引发我们想像到，

（1），要把无关的MOS都打开，不是增加了读出时间吗？

（2），如果垂直方向上有一个MOS损坏了，其他的MOS不也就无效了吗？

这个想法事实没有错。

（1），说明NOR的读出速度优于NAND；

（2），Designer需要更多注意到这一点上来，而且要保证，如果有损坏就不再去读到这些MOS。

因此，出于安全考虑，在编程方面也会注意不使用NANDflash来灌code，也就是代码存储器要使用NORFlash。

再回到面积上来，面积大最直接的讲，就是很困难做大，想在有限的空间内，放入更多的cell就要提高工艺水平和设计水平，目的只有一个――缩小size。

NAND在读的方面输给了NOR，但写入的速度却比NOR要强了不少。

结论是NAND的写速度快于NOR。

但怎么讲，目前flash的写入速度都不是很快。

闪存名称的由来主要就是因为其存储介质是FlashMemory，有多种技术能实现半导体存储，其中主要有NAND（与非）和NOR（异或）两种。

而我们如今用的“大容量”闪盘基本都是NAND型的，这是为什么呢？

最主要的原因是：

两者容量/单位成本！

其次是速度！

都有很大不同，因此应用场合有所不同。

先来讲讲速度

Flash闪存是非易失存储器（所谓非易失性即掉电仍旧能保存信息的特性），可以对称为块的存储器单元“块”进行擦写和再编程。

NAND电子盘模块结构图，内部不存在存储控制器，我们可以简单地认为某容量（比如32MB）内部分成一个个小方块似的存储空间，每个空间内都能存储一定量大小的信息。

NOR型闪存的块大小为64～128KB，而NAND型闪存块的大小为8～32KB，在上一篇中介绍的三星闪存块头大小就是16KB，整个32MB容量是由2000个这样大小的存储空间组成。

任何Flash闪存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操作。

NAND闪存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（bit）都写为0。

NAND型的单元排列是串行的，而NOR型则是并行的。

在NAND型闪存中，存贮单元被分成页，由页组成块。

根据容量不同，块和页的大小有所不同，而组成块的页的数量也会不同，如8MB的模块，页大小为（512+16）Byte、块大小为（8K+256）Byte；而2MB模块，页大小为（256+8）Byte、块大小为（4K+128）Byte。

该三星闪存芯片的页大小为（512+16）Byte，块大小为（16K+512）Byte

NAND型存贮单元的读写是以块和页为单位来进行的，像硬盘多过像传统的内存。

实际上，NAND型的FlashMemory可以看做是顺序读取的设备，它仅用8比特的I/O端口就可以存取按页为单位的数据。

正因为这样，它在读和擦文件、特别是连续的大文件时，与NOR型的FlashMemory相比速度相当的快。

但NAND型的不足在于随机存取速度较慢，而且没有办法按字节写；这些方面就恰好是NOR型的优点所在：

NOR型随机存取速度较快，而且可以随机按字节写。

正因为这些特点，所以NAND型的FlashMemory适合用在大容量的多媒体应用中，而NOR型适合应用在数据/程序存贮应用中。

好了，我们来看一下两者写入/擦除的速度有何不同：

                                 NOR                 NAND

写入/擦除一个块操作时间1～5s               2～4ms

读性能                        1200～1500KB   600～800KB

写性能                        <80KB              200～400KB

大家看到，根本不是一个数量等级上的，大概相差1000倍！

所以NOR型闪存比NAND慢了很多——尤其是在写入数据时。

为什么会慢呢？

除了执行动作“与非”比“异或”操作快很多外（这个在基础电子学中说得非常明白），另一个原因是NOR的每块体积大，肥肉多，电子要把其一口吞掉实在是需要多花费功夫的。

而且，执行擦除操作时尺寸的不同进一步拉大了两者之间的性能差距。

我们把两者总结如下：

※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。

但是，速度问题就这么简单吗？

我们再来看看两者接口的不同对速度造成的影响。

NOR

NAND

接口/总线

SRAM接口/独立的地址数据总线

8位地址/数据/控制，I/O接口复杂

读取模式

随机读取快

串行地存取数据

我们看到，NOR因为有足够的地址引脚来寻址，Cell索引表与每个WordLine及BitLine相连，可以很容易地随机存取其内部的每一个字节，而NAND却不同，Cell表紧密连接，一串中只有前后Cell才与BitLine相连，因此集成度较高，处理速度较慢——尤其是随机读取时需要一串串查找。

再来讲讲成本、容量和寿命的区别

NAND成本较低，单元尺寸约为NOR的一半，生产过程简单，同样大小可以做更大的容量。

容量及应用场合1～16MB，主要用于存储代码8MB～1GB，主要用于存储数据，比如CompactFlash、SecureDigital、PCCards和MMC存储卡从电子制造成本方面说，越小精密度越高的东西反而成本越低（这与做MP3不同），当然，采用先进制造工艺比如.18微米工艺能大幅降低成本。

最后说说可靠性和寿命问题

                          NOR        NAND

擦写次数（耐用性）  约10万次   约100万次

位交换（bit位反转）     少           较多

关键性数据需要错误探测/错误更正（EDC/ECC）算法

坏块处理无，因为坏块故障率少、随机分布，无法修正

我们看到，NAND闪存除了具有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，而且寿命较长，是NOR的十倍左右。

其次，NAND因为是内部是半导体存储模块（晶体管），很难保证寿命期内没有任何坏块出现（晶体管在高温、震动或者疲劳读写情况下容易失效），我们通常是通过对闪存进行初始化扫描发现坏块，并将其标记为不可用——这样一来，闪盘的容量会越来越少，不信你连续格式化100次，看看有没有“缩水”的？

这很好地解释了闪盘容量“神秘”减少的原因。

闪盘的驱动决定了存储的数据决不能向坏块写入，这就意味着在NAND器件上自始至终都必须进行虚拟映射。

简单地说，NOR型闪存像内存，存储程序代码为主，CPU能直接处理，我们可以称之为CodeFlash；NAND型闪存像硬盘，存储数据为主，容量大，我们称之为DataFlash。

总之，鉴于NAND型闪存拥有大容量低成本高速度小体积的先天优势，它当然是作为闪盘的首选存储介质啦！

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NORflash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NANDflash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,executeInPlace），这样应用程序可以接在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

NORflash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

NANDflash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。

NORflash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分，而NANDflash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、SecureDigital、PCCards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系统以确保可靠性。

　　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，如果通过可靠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WindRiverSystem、Microsoft、QNXSoftwareSystem、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。

　　闪存（FlashMemory）是一种长寿命的非易失性（在断电情况下仍能保持所存储的数据信息）的存储器，数据删除不是以单个的字节为单位而是以固定的区块为单位，区块大小一般为256KB到20MB。

闪存是电子可擦除只读存储器（EEPROM）的变种，EEPROM与闪存不同的是，它能在字节水平上进行删除和重写而不是整个芯片擦写，这样闪存就比EEPROM的更新速度快。

由于其断电时仍能保存数据，闪存通常被用来保存设置信息，如在电脑的BIOS（基本输入输出程序）、PDA（个人数字助理）、数码相机中保存资料等。

另一方面，闪存不像RAM（随机存取存储器）一样以字节为单位改写数据，因此不能取代RAM。

　　闪存卡（FlashCard）是利用闪存（FlashMemory）技术达到存储电子信息的存储器，一般应用在数码相机，掌上电脑，MP3等小型数码产品中作为存储介质，所以样子小巧