目錄

前言

1. NOR Flash

2. NAND Flash

3. Flash原理

4. NAND flash和NOR flash的區別

4.1 NAND flash和NOR flash的性能比較

4.2 NAND flash和NOR flash的接口差別

4.3 NAND flash和NOR flash的容量和成本

4.4 NAND flash和NOR flash的可靠性和耐用性

4.5 NAND flash和NOR flash的壽命(耐用性)

4.6 位反轉

4.7 ECC/LDPC糾錯算法

4.8 壞塊處理

4.9 易于使用

4.10 軟件支持

總結

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前言

智能手機有一個可用的存儲空間（如蘋果128G），電腦里有一個固態硬盤空間(如聯想512G)， 這個空間是啥呢?

這個存儲空間就是閃存設備，我們都統稱為“FLASH”（中文：閃存），FLASH是一種存儲芯片。

Flash是一種非易失性（掉電數據不會消失）的存儲器。在手機、平板中用做內部存儲空間，用來存系統、應用、圖片、視頻等。在筆記本、臺式機中，則主要用在固態硬盤以及主板BIOS中。絕大部分的U盤、SDCard、NM Card 等移動存儲設備也都是使用Flash作為存儲介質。

根據硬件上存儲原理的不同，Flash Memory主要可以分為NOR Flash和NAND FLASH兩類。許多業內人士也分不清NAND Flash 和 NOR Flash 的區別。

1. NOR Flash

NOR Flash是intel公司1988年發明。NOR的特點是代碼可以在芯片內執行。

如果只是用來存儲少量的代碼，NOR Flash更適合一些。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，這樣可以減少 SRAM 的容量從而節約了成本。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。容量再大一些的場景，成本效益就很低了，那里是NAND Flash 的陣地。

?NOR Flash根據與CPU端接口的不同，可以分為Parallel NOR Flash和SPI NOR FLASH兩類。

Parallel NOR Flash可以接入到Host的SRAM/DRAMController上，所存儲的內容可以直接映射到CPU地址空間，不需要拷貝到RAM中即可被CPU訪問，因而支持片上執行。SPI NOR FLASH的成本比Parallel NOR Flash低，主要通過SPI接口與Host連接。

在日常生活中，NOR Flash的具體應用不是很多。常用于可穿戴設備、打印機，汽車儀表盤，PLC/電機控制。

2. NAND Flash

1989年，東芝公司發表了NAND flash結構。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，寫速度快等優點，適用于大量數據的存儲。

NAND flash 沒有采取內存的隨機讀取技術（按1字節讀取），它的讀取通常是一次讀取 16K 字節。用戶不能直接運行 NAND Flash 上的代碼，因此好多使用 NAND Flash 的開發板除了使用 NAND Flash 以外，還做上了 一塊小的 NOR Flash 來運行啟動代碼。

NAND Flash 需要通過專門的 閃存主控（NAND Controller）與Host端進行通信，如下圖所示：

NAND 控制器內置了NAND Flash 管理算法， 如磨損均衡、ECC校驗和糾錯、垃圾回收。如果沒有 NAND 控制器，那么Chipset廠商要在驅動里加入這些復雜管理，這就不現實了，畢竟Chipset廠商要連接很多種設備。即便是有NAND 控制器， 驅動也要根據存儲協議對存儲設備下對應的命令和數據，入門門檻相對較高。好在這些驅動MTK/高通/展銳等Chipset Set 廠商， 在 CPU 里都已集承了這些存儲協議（如eMMC5.1, AHCI, NVME），系統廠商直接使用系統接口即可。

NAND Flash 應用相當廣泛，在日常生活中， 我們接觸到的手機、電腦、機頂盒、智能手表、平板都是用到NAND Flash。 除此之外還有服務器、視頻監控、智能家居、汽車、5G、虛擬現實。 SSD 和 嵌入式是NAND Flash 的最大的兩個市場。

3. Flash原理

在每個閃存芯片中都有海量的存儲單元，下圖是一個閃存存儲單元示意圖，從上到下分別是控制柵極（Control Gate）、氧化層、浮柵層（Floating Gate）、隧道氧化層和襯底（Substrate）。左側是源級（Sources）右側是漏級（Drain），電流只能從源級向漏級單向傳導。

閃存記錄數據的關鍵在于浮柵層，當其中被充滿電子時是已編程（寫入）狀態，代表二進制0；當其中沒有電子時是已擦除狀態，代表二進制1。

上面的這個0和1的邏輯聽起來有些顛倒，不過當你了解到閃存的讀取原理后就會覺得這樣才是對的：源級到漏級之間沒有電流（0），說明浮柵中有電子。

當源級到漏級之間有電流（1），說明浮柵里沒有電子。

以上就是從閃存中讀取數據的原理，往復雜了說它涉及到MOS管等復雜的半導體知識，但是如果朝簡單的方向理解，我們也能輕松理解閃存表達數據的原理。

接下來是向閃存單元中寫入數據的方法：在控制柵極和漏級之間施加一個20V高電壓，就可以引發量子隧道效應，使電子進入到浮柵層中。由于氧化隧道層的絕緣效果，進入到浮柵層的電子不容易流失掉，所以閃存可以在斷電后繼續保留數據。

反過來也可以使用20V高電壓反向將浮柵層中的電子“抽離”出去，這就是閃存的擦除操作。閃存的獨特工作原理決定了閃存單元在寫入之前必須經過擦除，而不能像磁記錄那樣直接覆蓋寫入。

對于原始的SLC閃存而言，一個存儲單元只需保留一比特數據，非0即1，判斷起來非常簡單。SLC閃存速度快、壽命長，但容量小、每GB容量成本過高，不適合家用電腦的固態硬盤。

MLC閃存可以在每個存儲單元中存儲2比特數據，即00、01、10、11四種狀態，浮柵層中的電荷數等級需要更加精細化。

到了TLC閃存（3比特/單元），狀態數量達到8種，而QLC閃存（4比特/單元）的狀態數量高達16種。

NAND FLASH 從 SLC -> MLC -> TLC -> QLC，每個單元存儲的比特數增加，這樣晶圓的存儲密度會成倍提高，但對應的整卡可寫入/擦除次數(P/E Cycle) 也降低（意味著壽命也越短），讀寫性能會越差。最重要的單位GB的成本會更低，芯片的成本是和面積直接相關的。面積越小，一個晶圓切出的Die(片)數目就更多，單Die的成本就降下來了。

各大原廠孜孜不倦地提高每個單元的比特數，目的就是為了減少成本，成本才是王道！

4. NAND flash和NOR flash的區別

4.1 NAND flash和NOR flash的性能比較

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寫入。任何flash器件的寫入操作只能在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36~72MB的塊進行的，執行相同的操作最多只需要2ms。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NAND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。
1、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的擦除單元更大，擦除時間更少。
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4.2 NAND flash和NOR flash的接口差別

NOR flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引腳來尋址，可以很容易地存取其內部的每一個字節。
NAND器件使用復雜的I/O口來串行地存取數據，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讀和寫操作采用512字節的塊，這一點有點像硬盤管理此類操作，很自然地，基于NAND的存儲器就可以取代硬盤或其他塊設備。

4.3 NAND flash和NOR flash的容量和成本

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8～128MB的產品當中，這也說明NOR主要應用在代碼存儲介質中，NAND適合于數據存儲，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存儲卡市場上所占份額最大。

4.4 NAND flash和NOR flash的可靠性和耐用性

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。

4.5 NAND flash和NOR flash的壽命(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。

4.6 位反轉

所有flash器件都受位反轉現象的困擾。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。一位的變化可能不打緊，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，就必須采用錯誤探測/錯誤更正(EDC/ECC)算法。位反轉的問題更多見于NAND閃存，

4.7 ECC/LDPC糾錯算法

NAND的供應商建議使用NAND閃存的時候，同時使用ECC/LDPC 糾錯。?這個問題對于用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?？煽啃浴?/p>

4.8 壞塊處理

NAND器件中的壞塊是隨機分布的。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，根本不劃算。
NAND器件需要對介質進行初始化掃描以發現壞塊，并將壞塊標記為不可用。在已制成的器件中，如果通過可靠的方法不能進行這項處理，將導致高故障率。

4.9 易于使用

可以非常直接地使用基于NOR的閃存，可以像其他存儲器那樣連接，并可以在上面直接運行代碼。
由于需要I/O接口，NAND要復雜得多。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。

4.10 軟件支持

當討論軟件支持的時候，應該區別基本的讀/寫/擦操作和高一級的用于磁盤仿真和閃存管理算法的軟件，包括性能優化。
在NOR器件上運行代碼不需要任何的軟件支持，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，許多廠商都提供用于NOR器件的更高級軟件，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等廠商所采用。
驅動還用于對DiskOnChip產品進行仿真和NAND閃存的管理，包括糾錯、壞塊處理和損耗平衡。

總結

有數據的地方就有NAND Flash

NOR Flash 和 NAND Flash 差異：

NOR Flash 的使用簡單， NAND Flash 使用稍微復雜。

相比于NOR Flash，NAND FLASH寫入性能好，大容量下成本低。目前，絕大部分手機和平板等移動設備中所使用的eMMC內部的Flash Memory都屬于NAND FLASH。PC中的固態硬盤中也是使用NAND FLASH。

隨著可穿戴設備等NOR Flash 的陣地對存儲容量需求越大， NOR Flash 的成本問題就是一個卡脖子問題， 在NAND Flash 面前漸漸無還手之力。這也是Micron 等大廠很早就放棄 NOR Flash 的原因。

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參考：

NAND NOR FLASH閃存產品概述

NAND flash和NOR flash的區別詳解

NOR Flash和NAND FLASH的區別是什么 - 今日頭條 - 電子發燒友網

簡述閃存的工作原理及存儲和記錄數據

總結

以上是生活随笔為你收集整理的NOR Flash 和 NAND Flash 闪存详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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