NAND和NOR flash

admin @ 2014-03-26 , reply:0

   NOR和NAND是現在市場上兩種主要的非易失快閃記憶體技術。Intel於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,並且象磁碟一樣可以通過介面輕鬆升級。但是經過了十多年之後,仍然有相當多的硬體工程師分不清NOR和NAND快閃記憶體。

 “flash存儲器”經常可以與“NOR存儲器”互換使用。許多業內人士也搞不清楚NAND快閃記憶體技術相對於NOR技術的優越之處,因為大多數情況下快閃記憶體只是用來存儲少量的代碼,這時NOR快閃記憶體更適合一些。而NAND則是高數據存儲密度的理想解決方案。

 NOR的特點是晶元內執行(XIP, eXecute In Place),這樣應用程序可以直接在flash快閃記憶體內運行,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,並且寫入和擦除的速度也很快。應用NAND的困難在於flash的管理和需要特殊的系統介面。

性能比較
  flash快閃記憶體是非易失存儲器,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。

  由於擦除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NADN之間的性能差距,統計表明,對於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於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。
  ● NOR的讀速度比NAND稍快一些。
  ● NAND的寫入速度比NOR快很多。
  ● NAND的4ms擦除速度遠比NOR的5s快。
  ● 大多數寫入操作需要先進行擦除操作。
  ● NAND的擦除單元更小,相應的擦除電路更少。

介面差別
  NOR flash帶有SRAM介面,有足夠的地址引腳來定址,可以很容易地存取其內部的每一個位元組。
  NAND器件使用複雜的I/O口來串列地存取數據,各個產品或廠商的方法可能各不相同。8個引腳用來傳送控制、地址和數據信息。
  NAND讀和寫操作採用512位元組的塊,這一點有點像硬碟管理此類操作,很自然地,基於NAND的存儲器就可以取代硬碟或其他塊設備。

容量和成本
  NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半,由於生產過程更為簡單,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佔據了容量為1~16MB快閃記憶體市場的大部分,而NAND flash只是用在8~128MB的產品當中,這也說明NOR主要應用在代碼存儲介質中,NAND適合於數據存儲,NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存儲卡市場上所佔份額最大。

可靠性和耐用性
  採用flahs介質時一個需要重點考慮的問題是可靠性。對於需要擴展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快閃記憶體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。
  位交換
  所有flash器件都受位交換現象的困擾。在某些情況下(很少見,NAND發生的次數要比NOR多),一個比特位會發生反轉或被報告反轉了。
  一位的變化可能不很明顯,但是如果發生在一個關鍵文件上,這個小小的故障可能導致系統停機。如果只是報告有問題,多讀幾次就可能解決了。
  當然,如果這個位真的改變了,就必須採用錯誤探測/錯誤更正(EDC/ECC)演算法。位反轉的問題更多見於NAND快閃記憶體,NAND的供應商建議使用NAND快閃記憶體的時候,同時使用EDC/ECC演算法。
  這個問題對於用NAND存儲多媒體信息時倒不是致命的。當然,如果用本地存儲設備來存儲操作系統、配置文件或其他敏感信息時,必須使用EDC/ECC系統以確保可靠性。
  壞塊處理
  NAND器件中的壞塊是隨機分佈的。以前也曾有過消除壞塊的努力,但發現成品率太低,代價太高,根本不划算。
  NAND器件需要對介質進行初始化掃描以發現壞塊,並將壞塊標記為不可用。在已製成的器件中,如果通過可靠的方法不能進行這項處理,將導致高故障率。

易於使用
  可以非常直接地使用基於NOR的快閃記憶體,可以像其他存儲器那樣連接,並可以在上面直接運行代碼。
  由於需要I/O介面,NAND要複雜得多。各種NAND器件的存取方法因廠家而異。
  在使用NAND器件時,必須先寫入驅動程序,才能繼續執行其他操作。向NAND器件寫入信息需要相當的技巧,因為設計師絕不能向壞塊寫入,這就意味著在NAND器件上自始至終都必須進行虛擬映射。

軟體支持
  當討論軟體支持的時候,應該區別基本的讀/寫/擦操作和高一級的用於磁碟模擬和快閃記憶體管理演算法的軟體,包括性能優化。
  在NOR器件上運行代碼不需要任何的軟體支持,在NAND器件上進行同樣操作時,通常需要驅動程序,也就是內存技術驅動程序(MTD),NAND和NOR器件在進行寫入和擦除操作時都需要MTD。
  使用NOR器件時所需要的MTD要相對少一些,許多廠商都提供用於NOR器件的更高級軟體,這其中包括M-System的TrueFFS驅動,該驅動被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等廠商所採用。
  驅動還用於對DiskOnChip產品進行模擬和NAND快閃記憶體的管理,包括糾錯、壞塊處理和損耗平衡。




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