NOR和NANDFlash详解资料汇编

“闪存(Flash)”这一名称，是源于该存储器件只需单步操作即能擦除其中所有内容的能力。军用装备很早就从这一能力中获益，军用装备都包含机密信息，一旦即将落入敌手，就应该迅速予以破坏。与EEPROM类似，Flash的数据存储也是通过向其晶体管栅区存入电荷来实现。电荷在栅上的存储是通过注入一定量的电荷、让其穿过绝缘氧化层来实现的。闪存器通常为两种类型：NAND和NOR型。NAND器件中晶体管的连接结构类似于一个NAND门，而NOR器件的晶体管连接结构则类似于NOR门(参见图1a和b)。下面对其进行比较：图1a NOR闪存器图1b NAND 闪存器图2 将SRAM 置于Flash 上制成的双芯片堆叠NOR闪存器的性能特点是具有快速的随机存储和字节编程能力，常用于手机、PDA、PC与外设BIOS以及机顶盒的代码存储。NAND的性能特点是可以高速编程和擦除，以及高速串行读取。其密度高、外形紧凑，满足了数码相机、PDA和音频(MP3)等应用大容量文件存储的要求，其随机存储速度慢于NOR器件。为了文件和代码存储，人们还开发了其他类型的闪存器。下面简要列出，以供参考：移动设备的要求我们不妨列举一下移动应用的关键性要求，让读者看一看闪存器是如何在这些方面体现出优势的。功耗和电池寿命 相对于SRAM和DRAM等其他存储器来说，闪存器是非易失性的。闪存器中系统和用户的数据在电源关闭后仍能保留下来，这对电池供电的装置来说是一项关键性的要求。非易失性还意味着数据的保持无需电源供电，这就可以延长电池寿命，而闪存器节约的电能则可以用于提高系统其他部分的性能。密度、重量和体积重量轻对移动电子装置来说始终是一件好事。与其他非易失性存储介质(如硬盘)相比，在每单位体积和重量对应的总密度方面，闪存器具有很大优势。此外，随着2001年多层存储单元的面世，闪存器的密度又有极大提高。采用多层单元结构时，同一个栅极上可以存储2bit及以上的信息。与单bit的闪存器件相比，这类器件的密度实际上翻了一倍(甚至更多)。速度 某些移动应用(如手机)的使用，受到通信链路的数据率限制。通常的标准做法是把代码复制到SRAM或DRAM中，再送出执行。在这类应用中，存储器系统的速度并非关键因素，某些手机的设计就从闪存器获取并直接执行代码，性能并不会受到影响。随着一代又一代新型集成电路技术的推出，闪存器的速度已不断提高。封装对于便携、移动式系统来说，封装与密度、重量和体积一样，都有着重要影响。在一个体积不断变小、重量逐渐变轻的系统中集成数目更多的功能特性，这项要求始终是技术进步的一个动力。相应的，也就出现了把多个芯片集成到一个封装中的需求。手机市场趋势是，让单个元件同时包含SRAM和闪存器，在这样一个双裸片堆中，SRAM的芯片固定于闪存器芯片之上，电气引出连线焊接到各芯片的外围，所以，各连线不会与其附近的其他连线发生接触(图 2)。厂商们计划在不远的将来把中央处理器、SRAM、模拟电路芯片和闪存器封装成为单个元件，要实现由3个和4个芯片堆叠成的多芯片封装 (multi-chip packages，MCP)，就要解决多项严峻的挑战：这样的封装要求各芯片及粘(焊)接材料在热学上具有兼容性；它们还需要集成一定的散热措施，来冷却高密度的芯片堆；为了在不同的芯片之间实现互连，还需要采用一个衬底；互连层中的芯片间走线需要在垂直方向上交织形成。结语总而言之，随着移动电子产品市场的不断扩大，闪存器无疑将获得极大的增长。其流行在很大程度上是由于其具备的非易失性、低功耗、高密度和重量轻等特点。多项优点集于一身，使得闪存器在移动电子领域中取得了成功。=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14MB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64128KB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832KB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116MB闪存市场的大部分，而NAND flash只是用在8128MB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 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。=Flash Memory从结构上大体上可以分为AND、NAND、NOR和DiNOR等几种，多数供应厂商为美国和日本的半导体厂商，还有部分是韩国的。这几种结构中，NOR和DiNOR的特点为相对电压低、随机读取快、功耗低、稳定性高，而NAND和AND则容量大、回写速度快、芯片面积小。目前市场上以NOR和 NAND的应用最为广泛，分别有不同的存贮卡产品。NAND型的单元排列是串行的，而NOR型则是并行的。在NAND型Flash Memory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。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Flash Memory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Flash Memory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Flash Memory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Nand-Flash于 NOR-Flash的最大差别在于它是以页面（Page）的形式进行读写访问的；而NOR-Flash是线性空间访问的。通常的 Nand-Flash的结构如下：512Bytes1Page；32Pages1Block；N个Blocks构成单颗IC。看到这样的结构，如果您熟悉FAT16文件系统，您会发现怎么Nand-Flash的结构同FAT16分区的硬盘如此相似！（在FAT16分区的硬盘中： 512Bytes1Sector；32Sectors 1Cluster；N个Clusters构成此FAT16分区），这也就是为何Nand-Flash会被列为SSFD（Solid-State Flash Disk）的原因。=Flash存储器根据其内部电路的逻辑结构可分外两大类，一类是NOR（异或）型，主要厂商有Intel、AMD、Atmel、Fujitsu 、SST等，主要用于保存程序代码，接口方式与EPROM类似，采用并行结构，PC机的BIOS就是由这种Flash存储的；另一类是NAND（与非）型，主要是由Toshiba和Samung两大厂商生产，最大的特点是采用串行结构，模块内部不包含存储器控制器，结构简单，可以作出极高的容量，相应的缺点是不易保证数据的可靠性，出厂中会导致少量的坏块，同时为了保证使用接口的一致性，厂商提供一个相互兼容的软硬件接口，可以对坏块做出标记进行管理，就象操作系统对硬盘的坏道进行管理一样，对使用者而言，这种存储器来存储还是十分可靠的，而且这种Flash主要是用来存储数据。2001年1月，Samung推出了采用0.15微米工艺制作的单片容量高达512Mb（64MB）的NAND型Flash芯片，目前单片容量可以做到1Gbit。显示打印版本非易失性可编程Flash ROM 拥有比一次性编程存储器（例如EPROM）更多的优势。最明显的是不用物理上更换芯片就能够在已售出的嵌入式设备上实现软件升级。Flash ROM 还能够为参数数据提供非易失性存储，例如定制产品设置和配置信息。更多的Flash ROM在读操作的时候更像一个一般的只读存储器。但写操作你要注意到它的根本体系结构。请注意不同的产品存在差异，所以在使用Flash ROM时一定要精读数据表格得到精确的信息。块结构一个Flash ROM通常被分为很多块或扇区（例如64KB块）每个块可以被单独的擦除，在写入，以及保护不被意外的擦除或重编程。你不能对块中的单个字节编程除非先擦除整个块。Flash ROM需要特殊的软件次序来控制擦写和块保护。理解块的体系结构可以让你知道代码在Flash ROM中的位置。Flash ROM最小被分为3个独立的区域，每个区包括一个或多个块，能够被独立的保护或再编程。* 启动块包括一个小的启动装载程序来初始化CPU* 参数块存储非易失性定制数据，例如用户设置* 主块存储应用的代码和数据段块保护Flash ROM 提供块保护来防止对单独存储块的意外擦除和写入。保护形式由软件锁定，硬件锁定以及二者的结合。* 软件锁定和解锁是通过Flash ROM 中的寄存器写入实现的。它允许单独块的擦除和写入