嵌入式关于FLASH的一点小知识

1 什么是FLASH

Flash属于非易失性存储设备(Non-volatile Memory Device),与此相对应的是易失性存储设备(Volatile Memory Device)。

非易失性存储设备在断电后数据也不会消失,关于非易失性存储器件/设备除了FLASH还有其它比较常见的如:光盘、软盘、机械硬盘、PROM(Programmable read-only memory)、ROM、EEPROM(Electrically erasable programmable read only memory)等。

与之相对的,易失性存储设备断电后,数据就丢失了,不论是以前的SDRAM、DDR SDRAM,还是现在的DDR3、DDR4以及LPDDR5运存都是属于易失性存储器件。

2 FLASH写过程

在嵌入式开发中,我们常常会接触到对芯片内置/外置FLASH的操作,FLASH的编程原理是只能将1写为0,而不能将0写为1,因此在FLASH编程之前,必须将要写的对应块区域擦除,擦除过程就是把所有位都写为1的过程,相对应的块区域的所有字节都变为0xFF,同时FLASH存在一个擦写均衡的问题,不能经常在同一块位置进行擦写操作,这样容易导致坏块,我们在实际过程中一定要注意这一点。

了解了前面的知识之后,拓展个固态硬盘SSD选购的知识,SSD就是NAND FLASH。购买SSD的时候我们不只要看它的品牌、价格,我们还要看它使用的什么颗粒(SLC、MLC、TLC、QLC?),不同颗粒对应的使用寿命是不同的,即不同颗粒对应的擦写次数不同,如下摘自网络的描述:

NAND FLASH的每一次读写擦都会对减少自身的寿命,为了提高容量降低成本,NAND FLASH从最初的SLC,向MLC,TLC还有QLC演变,单元存储密度从1bit,向2bit,3bit和nbit递增,但是擦写次数却不断递减,从100000(SLC)次,向5000(MLC)和1000(TLC)次和150次(QLC)递减。如果一个block寿命到了,写入这个block的数据就会出现无法处理的bit反转,这个block就不能再被使用了,需要管理算法使用保留的好块去把这个新增坏块替换下来,如果保留的好块使用完了,那么就不能再往里面写入数据了,所以管理算法需要具有平衡磨损模块,用于记录每个block的擦写次数,尽量保证每个block的擦写次数基本持平,从而提高整个器件的使用寿命。顺便说一下,当一个器件被使用了很久以后,清空平衡磨损表重新建立,每个block的磨损寿命信息就已经丢失,这时候再使用这个器件就非常危险,因为可能某个block的磨损度已经很高了,但是却没有被记录下来,这个block会突然出现无法处理的数据出错。

所以为什么我们买SSD的时候要看它的颗粒是SLC、MLC还是TLC或QLC了。SLC非常贵,个人使用的话没有必要,一般用于军工,MLC或TLC一般来说是最好的选择,以购买力来选择就行了。

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