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芯片选型小技巧 | Nor Flash和Nand Flash区别与共性

2023-2-17 14:06:29 666 芯片选型

0 本帖最后由我爱方案网于 2023-2-17 14:08 编辑 Flash闪存是一种非易失性存储，在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据，其存储特性相当于硬盘。近年来，随着大数据、人工智能、物联网等新兴技术的发展，闪存技术的特性使其相对于许多计算机技术而言发展得更迅猛。 Flash按照内部存储结构的不同，可以分为两种：Nor Flash和Nand Flash。Nor Flash，通常容量较小，主要用于存储代码；Nand Flash，容量较大，主要用于存储资料，如数码相机中所用的记忆卡。简单来说，可概括为一张图描述，“太长不看版”可参照下图：具体来说，这两种存储器有何区别呢？本文将阐述。 Nand Flash和 Nor Flash存储器简介（1）Nand Flash存储器简介 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，并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。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，同时内部采用非线性宏单元模式，为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。 Nand flash存储器具有容量较大，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储，因而应用越来越广泛，如嵌入式产品中包括手机、数码相机、U盘等。（2）Nor Flash存储器简介 Intel于1988年首先开发出Nor Flash技术，Nor Flash 的特点是芯片内执行（XIP, eXecute In Place），其读取和我们常见的 SDRAM 的随机读取形式类似，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 的容量从而节约成本。因为其读取速度快，不易出错，多用来存储程序、操作系统等重要信息。 Nand Flash和Nor Flash的区别（1）启动方式不同开发板上电启动时，Nand Flash会先把Nand Flash中前4K内容自动拷贝到片内内存（SRAM）中去，然后CPU从SRAM的0地址开始执行程序。用户不能直接运行Nand Flash上的代码，因此多数使用Nand Flash的开发板除了使用Nand Flash以外，还用上了一块小的Nor Flash来运行启动代码。 Nor Flash在启动时直接从0地址开始运行，CPU从Nor Flash的0地址开始执行程序。（2）接口差别 Nand Flash是I/O串行接口，通过8个引脚用来传送控制、地址和数据信息，各个产品或厂商的方法可能各不相同。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，所以基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。 Nor Flash带有SRAM接口，可以轻松地挂接在CPU的地址、数据总线上，对CPU的接口要求低；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。但不同容量的NorFlash的地址线需求不一样，Nor Flash芯片容量升级不便。（3）Nand Flash和Nor Flash的性能比较 Nand Flash和Nor Flash均为非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数写入操作需要先进行擦除操作。但在性能上有以下差别： 1）读取数据时，Nand Flash 首先需要进行多次地址寻址，然后才能访问数据；而 Nor Flash是直接进行数据读取访问，因此NOR的读速度比NAND稍快一些。 2）NAND器件执行擦除操作简单，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。同时，NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少，因此NAND的擦除速度远比NOR的快很多。 3）NAND写入单元小，写入速度比NOR快很多。（4）容量和成本对比 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，因此相同容量下，NAND器件的成本比NOR低。（5）能耗不同 NOR闪存在初始上电期间通常需要比NAND闪存更多的电流。但是，Nor Flash的待机电流远低于Nand Flash。两者的瞬时有功功率相当，因此，有效功率由存储器活动的持续时间决定。Nor Flash在随机读取方面具有优势，而Nand Flash在擦除、写入和顺序读取操作中消耗的功率相对较低。（6）Nand Flash和Nor Flash的寿命(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，nand器件的耐用性强于nor。（7）可靠性对比在Flash的位翻转（一个bit位发生翻转）现象上，NAND的出现几率要比Nor Flash大得多。这个问题在Flash存储关键文件时是致命的，所以在使用Nand Flash时建议同时使用EDC/ECC等校验算法，提高可靠性。 NAND器件中的坏块是随机分布的，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。而坏块问题在Nor Flash上是不存在的。（8）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。其他作用驱动还用于对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。市场应用 Nand Flash市场应用从应用形态上看，Nand Flash的具体产品包括USB（U盘）、闪存卡、SSD（固态硬盘），以及嵌入式存储（eMMC、eMCP、UFS）等。USB属于常见的移动存储设备，闪存卡则用于常见电子设备的外设存储，如相机、行车记录仪、玩具等。 SSD即常见的固态硬盘，一般应用于个人计算机、服务器等领域。SSD作为新兴的大容量存储设备，具有磁盘（传统HDD硬盘）所不具备的优点，前些年由于SSD高昂的价格，只攻占了磁盘的少部分领域。由于近年SSD价格下降，以及数据中心的迅速扩张，数据存储的需求也在不断上升，因此由SSD驱动的Nand Flash的需求增速也较为迅速。嵌入式存储是Nand Flash应用的另一大领域。其特征是将Nand Flash存储芯片与控制芯片封装在一起，控制芯片采用特定的通讯协议，可提升存储数据通讯的速度与稳定性。嵌入式Nand Flash存储广泛应用于手机、平板电脑、游戏机、车载电子等需求高容量存储的新兴领域，该手机主板采用的是eMMC。与计算机相同，手机同样需要处理器、DRAM和Nand Flash，区别在于其产品的最终形态不同，计算机内部的形态为CPU+内存条+硬盘，而手机则采用eMMC或eMCP两种形式：“处理器+eMCP”或“集成了LPDDR的处理器+eMMC”。 Nor Flash市场应用嵌入式存储是Nor Flash的主要应用领域，基于其读写速度快、可靠性高、成本高、可芯片内执行程序的特点，多用来存储少量代码、程序、操作系统等重要信息。近几年，Nor Flash市场飞速增长，该增速主要得益于汽车电子和物联网、5G和智能手机及其周边（如TWS耳机和可穿戴式设备）等需求的推动。随着智能产品需要实现的功能越来越多，为了存储更多固件和代码程序，则选择通过外扩一颗甚至更多的Nor Flash来实现。应用场景有：（1）智能手机及周边设备：OLED屏是有机屏幕，它内部需要一个补偿算法，该算法存储在Flash里面；另外还有TDDI屏以及屏下指纹的模组，它们都需要一个Flash来存储驱动和算法。（2）物联网：伴随着5G基站的高密度布局，万物互联时代的数据流源源不断，人与人之间、人与设备之间、人与云端服务器之间、设备与设备之间的各种数据交互都会产生海量的IoT节点，且这些节点对应的设备都会用到Nor Flash。比如，当前最流行的TWS耳机需要内置两颗Nor Flash。（3）车载：小到车载摄像头，大到高级驾驶辅助系统（ADAS），车用子系统由于程序代码量较大则会采用外部Nor Flash芯片，汽车仪表盘是通过Nor Flash来实现快速启动的。（4）工业领域：例如新标准智能电表为延长数据量存储期限，使用Nor Flash替代铁电存储。（5）5G、通讯设备：5G基站、微基站催生出了各种各样的节点设备，5G 还加速推动了工业物联网、车联网、自动驾驶、边缘计算的发展，这些应用都离不开Nor Flash。我爱方案网是一个电子方案开发供应链平台，提供从找方案到研发采购的全链条服务。找方案，上我爱方案网!在方案超市找到合适的方案就可以直接买，没有找到就到快包定制开发。我爱方案网积累了一大批方案商和企业开发资源，能提供标准的模块和核心板以及定制开发服务，按要求交付PCBA、整机产品、软件或IoT系统。 0
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