Nand flash 和 Nor flash 的区别

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NAND flash和NOR flash的区别

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。 

那么是否了解NOR boot和NAND boot的差别？你用的CPU平台是否支持NAND boot呢？ 

如果你确定知道两者差别，并且你的CPU支持NAND Boot，那么你需要了解： 

CPU一般会将NAND的前一个或几个BLOCK内的程序（数据），复制到CPU内部的一个RAM中，这个RAM的映射地址一般在0x0000（针对ARM体系，如果是别的体系，那么就应该在系统复位后，执行第一条指令的地址），然后系统就会执行这个RAM中的程序了。 

这个引导程序会初始化系统，一般包括串口、SDRAM、NAND，然后将指定位置（因为这个引导程序也是程序员写的，所以这个位置也是可改的）的boot程序读到SDRAM中，然后跳转到SDRAM中的boot程序的main。后续的程序运行，都在SDRAM中，而且从现在开始，系统的运行方式和用NOR实现BOOT的系统运行方式就一样了。 

所以，NAND和NOR最大的差别，就是BOOT的方式。一旦从NAND能实现BOOT后，下面的事就好办多了。 

将符合CPU的NAND BOOT规定大小的程序烧录到NAND的开始几个BLOCK。 将uboot烧录到后续的block。这个烧录位置是由引导程序来确定的，引导程序中写了是哪里，这个uboot就得烧到哪里。 烧录好后，就可以启动了。启动了uboot后，再烧录OS镜像，就和NOR BOOT下没什么差别了。

CPU支持NOR，一般是指CPU是否可以引出地址线/数据线，从而允许使用（地址线+数据线）类型的外设（NOR就是典型的一种）。一旦支持，就可以实现连续空间寻址，可以实现在NOR上的“片内运行”（eXecute In Place,简称XIP)。如果你用过51/AVR/PIC之类的单片机，或者常见的ARM7之类的芯片，应该就能明白程序在FLASH内运行是什么意思。 

CPU支持NAND有两种含义：一是支持NAND读写操作，一是支持NAND BOOT。当然，现在一般能支持NAND接口的，都会支持NAND BOOT，不然就没意义了。NAND只有8根数据线，所以无法支持连续空间寻址，只能地址/数据复用，也就是在这8根数据线上会传输地址、数据、命令。 

NOR和SRAM都是可以连续空间寻址的，但是对于地址线的要求就多了，比如1MB的地址空间，需要20根地址线(2^20=1048576=1MB)。而NAND的外部接口是统一的，只要内部升级就行。最小单位的性价比，NAND比NOR好太多了。不过由于NAND不支持连续空间寻址，无法直接实现片内程序运行，所以要实现NAND BOOT，需要CPU端做一些特殊处理，一般都是将一定大小的程序从NAND读到CPU内部的SRAM里，从SRAM实现BOOT。