本文主要是關于NorFlash、NandFlash、eMMC的相關介紹,并著重對NorFlash、NandFlash、eMMC三者的區別進行了詳盡的闡述。
NorFlash
NorFlash是現在市場上兩種主要的非易失閃存技術之一。Intel于1988年首先開發出NOR Flash 技術,徹底改變了原先由EPROM(Erasable Programmable Read-Only-Memory電可編程序只讀存儲器)和EEPROM(電可擦只讀存儲器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory)一統天下的局面。緊接著,1989年,東芝公司發表了NAND Flash 結構,強調降低每比特的成本,有更高的性能,并且像磁盤一樣可以通過接口輕松升級。NOR Flash 的特點是芯片內執行(XIP ,eXecute In Place),這樣應用程序可以直接在Flash閃存內運行,不必再把代碼讀到系統RAM中。NOR 的傳輸效率很高,在1~4MB的小容量時具有很高的成本效益,但是很低的寫入和擦除速度大大影響到它的性能。NAND的結構能提供極高的單元密度,可以達到高存儲密度,并且寫入和擦除的速度也很快。應用NAND的困難在于Flash的管理需要特殊的系統接口。通常讀取NOR的速度比NAND稍快一些,而NAND的寫入速度比NOR快很多,在設計中應該考慮這些情況。——《ARM嵌入式Linux系統開發從入門到精通》 李亞峰 歐文盛 等編著 清華大學出版社 P52 注釋 API Key
性能比較
flash閃存是非易失存儲器,可以對稱為塊的存儲器單元塊進行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內進行,所以大多數情況下,在進行寫入操作之前必須先執行擦除。NAND器件執行擦除操作是十分簡單的,而NOR則要求在進行擦除前先要將目標塊內所有的位都寫為0。
由于擦除NOR器件時是以64~128KB的塊進行的,執行一個寫入/擦除操作的時間為5s,與此相反,擦除NAND器件是以8~32KB的塊進行的,執行相同的操作最多只需要4ms。
執行擦除時塊尺寸的不同進一步拉大了NOR和NAND之間的性能差距,統計表明,對于給定的一套寫入操作(尤其是更新小文件時),更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進行。這樣,當選擇存儲解決方案時,設計師必須權衡以下的各項因素。
l 、NOR的讀速度比NAND稍快一些。
2、 NAND的寫入速度比NOR快很多。
3 、NAND的4ms擦除速度遠比NOR的5s快。
4 、大多數寫入操作需要先進行擦除操作。
5 、NAND的擦除單元更小,相應的擦除電路更少。
此外,NAND的實際應用方式要比NOR復雜的多。NOR可以直接使用,并可在上面直接運行代碼;而NAND需要I/O接口,因此使用時需要驅動程序。不過當今流行的操作系統對NAND結構的Flash都有支持。此外,Linux內核也提供了對NAND結構的Flash的支持。
詳解
NOR和NAND是現在市場上兩種主要的非易失閃存技術。Intel于1988年首先開發出NOR flash技術,徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統天下的局面。緊接著,1989年,東芝公司發表了NAND flash結構,強調降低每比特的成本,更高的性能,并且象磁盤一樣可以通過接口輕松升級。但是經過了十多年之后,仍然有相當多的硬件工程師分不清NOR和NAND閃存。
像“flash存儲器”經常可以與相“NOR存儲器”互換使用。許多業內人士也搞不清楚NAND閃存技術相對于NOR技術的優越之處,因為大多數情況下閃存只是用來存儲少量的代碼,這時NOR閃存更適合一些。而NAND則是高數據存儲密度的理想解決方案。
NOR的特點是芯片內執行(XIP, eXecute In Place),這樣應用程序可以直接在flash閃存內運行,不必再把代碼讀到系統RAM中。NOR的傳輸效率很高,在1~4MB的小容量時具有很高的成本效益,但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。
NAND結構能提供極高的單元密度,可以達到高存儲密度,并且寫入和擦除的速度也很快。應用NAND的困難在于flash的管理需要特殊的系統接口。
Nand flash
Nand-flash存儲器是flash存儲器的一種,其內部采用非線性宏單元模式,為固態大容量內存的實現提供了廉價有效的解決方案。Nand-flash存儲器具有容量較大,改寫速度快等優點,適用于大量數據的存儲,因而在業界得到了越來越廣泛的應用,如嵌入式產品中包括數碼相機、MP3隨身聽記憶卡、體積小巧的U盤等。
NOR和NAND是現在市場上兩種主要的非易失閃存技術。Intel于1988年首先開發出NOR flash技術,徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統天下的局面。緊接著,1989年,東芝公司發表了NAND flash結構,強調降低每比特的成本,更高的性能,并且像磁盤一樣可以通過接口輕松升級。但是經過了十多年之后,仍然有相當多的硬件工程師分不清NOR和NAND閃存。
“NAND存儲器”經常可以與“NOR存儲器”相互換使用。許多業內人士也搞不清楚NAND閃存技術相對于NOR技術的優越之處,因為大多數情況下閃存只是用來存儲少量的代碼并且需要多次擦寫,這時NOR閃存更適合一些。而NAND則是高數據存儲密度的理想解決方案。
NOR的特點是芯片內執行(XIP, eXecute In Place),這樣應用程序可以直接在flash 閃存內運行,不必再把代碼讀到系統RAM中。NOR的傳輸效率很高,在1~4MB的小容量時具有很高的成本效益,但是很低的寫入和擦除 速度大大影響了它的性能。
NAND結構能提供極高的單元密度,可以達到高存儲密度,并且寫入和擦除的速度也很快。應用NAND的困難在于flash的管理需要特殊的系統接口。
特點
容量和成本
NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半,由于生產過程更為簡單,NAND結構可 以在給定的模具尺寸內提供更高的容量,也就 相應地降低了價格。
NOR flash占據了容量為1~16MB閃存市場的大部分,而NAND flash只是用在8~128M B的產品當中,這也說明NOR主要應用在代碼存 儲介質中,NAND適合于數據存儲,NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和M MC存儲卡市場上所占份額最大。
物理構成
NAND Flash 的數據是以bit的方式保存在memory cell,一般來說,一個cell 中只能存儲一個bit。這些cell 以8個或者16個為單位,連成bit line,形成所謂的byte(x8)/word(x16),這就是NAND Device的位寬。這些Line會再組成Page,(NAND Flash 有多種結構,我使用的NAND Flash 是K9F1208,下面內容針對三星的K9F1208U0M),每頁528Bytes(512byte(Main Area)+16byte(Spare Area)),每32個page形成一個Block(32*528B)。具體一片flash上有多少個Block視需要所定。我所使用的三星k9f1208U0M具有4096個block,故總容量為4096*(32*528B)=66MB,但是其中的2MB是用來保存ECC校驗碼等額外數據的,故實際中可使用的為64MB。
NAND flash以頁為單位讀寫數據,而以塊為單位擦除數據。按照這樣的組織方式可以形成所謂的三類地址:
Column Address:Starting Address of the Register. 翻成中文為列地址,地址的低8位
Page Address :頁地址
Block Address :塊地址
對于NAND Flash來講,地址和命令只能在I/O[7:0]上傳遞,數據寬度是8位。
可靠耐用性
采用flash介質時一個需要重點考慮的問題是可靠性。對于需要擴展MTBF的系統來說 ,Flash是非常合適的存儲方案。可以從壽命(耐用性)、位交換和壞塊處理三個方面來比較NOR和NAND的可靠性。
壽命(耐用性)
在NAND閃存中每個塊的最大擦寫次數是一百萬次,而NOR的擦寫次數是十萬次。
NAND存儲器除了具有10比1的塊擦除周期優勢,典型 的NAND塊尺寸要比NOR器件小8倍,每個NAND存儲器塊在給定的時間內的刪除次數要少一 些。
eMMC
eMMC (Embedded Multi Media Card)是MMC協會訂立、主要針對手機或平板電腦等產品的內嵌式存儲器標準規格。eMMC在封裝中集成了一個控制器,提供標準接口并管理閃存,使得手機廠商就能專注于產品開發的其它部分,并縮短向市場推出產品的時間。這些特點對于希望通過縮小光刻尺寸和降低成本的NAND供應商來說,同樣的重要。
結構
由一個嵌入式存儲解決方案組成,帶有MMC(多媒體卡)接口、快閃存儲器設備及主控制器。所有都在一個小型的BGA 封裝。接口速度高達每秒52MBytes,eMMC具有快速、可升級的性能。同時其接口電壓可以是1.8v 或者是3.3v。 [1]
應用
eMMC的應用是對存儲容量有較高要求的消費電子產品。2011年已大量生產的一些熱門產品,如Palm Pre、Amazon Kindle II和Flip MinoHD,都采用了eMMC。為了確認這些產品究竟使用了何種存儲器,iSuppli利用拆機分析業務對它們進行了拆解,發現eMMC身在其中。 [2]
優點
1.簡化手機存儲器的設計。eMMC目前是當前最紅的移動設備本地存儲解決方案,目的在于簡化手機存儲器的設計,由于NAND Flash芯片的不同廠牌包括三星、KingMax、東芝(Toshiba)或海力士(Hynix)、美光(Micron)等,所以都需要根據每家公司的產品和技術特性來重新設計,而過去并沒有技術能夠通用所有廠牌的NAND Flash芯片。
2.更新速度快。每次NAND Flash制程技術改朝換代,包括70納米演進至50納米,再演進至40納米或30納米制程技術,手機客戶也都要重新設計,但半導體產品每1年制程技術都會推陳出新,存儲器問題也拖累手機新機種推出的速度,因此像eMMC這種把所有存儲器和管理NAND Flash的控制芯片都包在1顆MCP上的概念,隨著不斷地發展逐漸流行在市場中。
3.加速產品研發速度。eMMC的設計概念,就是為了簡化手機內存儲器的使用,將NAND Flash芯片和控制芯片設計成1顆MCP芯片,手機客戶只需要采購eMMC芯片,放進新手機中,不需處理其它繁復的NAND Flash兼容性和管理問題,最大優點是縮短新產品的上市周期和研發成本,加速產品的推陳出新速度。
NorFlash、NandFlash、eMMC閃存三者對比
快閃存儲器(英語:Flash Memory),是一種電子式可清除程序化只讀存儲器的形式,允許在操作中被多次擦或寫的存儲器。這種科技主要用于一般性數據存儲,以及在電腦與其他數字產品間交換傳輸數據,如儲存卡與U盤。閃存是非易失性的存儲器,所以單就保存數據而言, 它是不需要消耗電力的。
硬盤相比,閃存也有更佳的動態抗震性。這些特性正是閃存被移動設備廣泛采用的原因。閃存還有一項特性:當它被制成儲存卡時非常可靠,即使浸在水中也足以抵抗高壓與極端的溫度。閃存的寫入速度往往明顯慢于讀取速度。
一、NorFlash
NOR Flash需要很長的時間進行抹寫,但是它提供完整的尋址與數據總線,并允許隨機存取存儲器上的任何區域,這使的它非常適合取代老式的ROM芯片。當時ROM芯片主要用來存儲幾乎不需更新的代碼,例如電腦的BIOS或機上盒(Set-top Box)的固件。NOR Flash可以忍受一萬到一百萬次抹寫循環,它同時也是早期的可移除式快閃存儲媒體的基礎。CompactFlash本來便是以NOR Flash為基礎的,雖然它之后跳槽到成本較低的 NAND Flash。
二、NandFlash
NAND Flash式東芝在1989年的國際固態電路研討會(ISSCC)上發表的, 要在NandFlash上面讀寫數據,要外部加主控和電路設計。NAND Flash具有較快的抹寫時間, 而且每個存儲單元的面積也較小,這讓NAND Flash相較于NOR Flash具有較高的存儲密度與較低的每比特成本。同時它的可抹除次數也高出NOR Flash十倍。然而NAND Flash 的I/O接口并沒有隨機存取外部地址總線,它必須以區塊性的方式進行讀取,NAND Flash典型的區塊大小是數百至數千比特。
因為多數微處理器與微控制器要求字節等級的隨機存取,所以NAND Flash不適合取代那些用以裝載程序的ROM。從這樣的角度看來,NAND Flash比較像光盤、硬盤這類的次級存儲設備。NAND Flash非常適合用于儲存卡之類的大量存儲設備。第一款創建在NAND Flash基礎上的可移除式存儲媒體是SmartMedia,此后許多存儲媒體也跟著采用NAND Flash,包括MultiMediaCard、Secure Digital、Memory Stick與xD卡。
三、eMMC
eMMC (Embedded Multi Media Card) 為MMC協會所訂立的,eMMC 相當于 NandFlash+主控IC,對外的接口協議與SD、TF卡一樣,主要是針對手機或平板電腦等產品的內嵌式存儲器標準規格。eMMC的一個明顯優勢是在封裝中集成了一個控制器,它提供標準接口并管理閃存,使得手機廠商就能專注于產品開發的其它部分,并縮短向市場推出產品的時間。這些特點對于希望通過縮小光刻尺寸和降低成本的NAND供應商來說,同樣的重要。
eMMC由一個嵌入式存儲解決方案組成,帶有MMC(多媒體卡)接口、快閃存儲器設備(Nand Flash)及主控制器,所有都在一個小型的BGA 封裝。接口速度高達每秒52MBytes,eMMC具有快速、可升級的性能。同時其接口電壓可以是 1.8v 或者是 3.3v。
結語
關于NorFlash、NandFlash、eMMC的相關介紹就到這了,如有不足之處歡迎指正。
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