NOR與NAND非易失閃存技術(shù)的原理與區(qū)別

1、NOR與NAND非易失閃存技術(shù)的原理與區(qū)別NOR和NAND是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。 Intel于1988年首先開發(fā)出NOR flash技術(shù)，徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統(tǒng)天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發(fā)表了NAND flash結(jié)構(gòu)，強調(diào)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(jīng)過了十多年之后，仍然有相當(dāng)多的硬件工程師分不清NOR和NAND閃存。簡單的來說，NAND規(guī)格快閃記憶體像硬碟，以儲存數(shù)據(jù)為主，又稱為Data Flash，晶片容量大，目前主流容量已達二Gb；NOR規(guī)格記憶體則類似DRAM，以儲存程序代碼為主，又稱為Co

2、deFlash，所以可讓微處理器直接讀取，但晶片容量較低，主流容量為512Mb。相“flash存儲器”經(jīng)?？梢耘c相“NOR存儲器”互換使用。許多業(yè)內(nèi)人士也搞不清楚NAND閃存技術(shù)相對于NOR技術(shù)的優(yōu)越之處，因為大多數(shù)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(shù)據(jù)存儲密度的理想解決方案。NOR的特點是芯片內(nèi)執(zhí)行(XIP, eXecute In Place)，這樣應(yīng)用程序可以直接在flash閃存內(nèi)運行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高，在14MB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(jié)構(gòu)能提供極高的單元

3、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(yīng)用NAND的困難在于flash的管理和需要特殊的系統(tǒng)接口。1.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(nèi)進行，所以大多數(shù)情況下，在進行寫入操作之前必須先執(zhí)行擦除。NAND器件執(zhí)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(biāo)塊內(nèi)所有的位都寫為0。 由于擦除NOR器件時是以64128KB的塊進行的，執(zhí)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832KB的塊進行的，執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。執(zhí)行擦除時塊尺寸的不同

4、進一步拉大了NOR和NADN之間的性能差距，統(tǒng)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(dāng)選擇存儲解決方案時，設(shè)計師必須權(quán)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(shù)寫入操作需要先進行擦除操作。 NAND的擦除單元更小，相應(yīng)的擦除電路更少。2.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(nèi)部的每一個字節(jié)。NAND器件使用復(fù)雜的I/O口來串行地存取數(shù)據(jù)，各個產(chǎn)品或廠商的方法可能各不相同。8個引

5、腳用來傳送控制、地址和數(shù)據(jù)信息。NAND讀和寫操作采用512字節(jié)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(shè)備。3.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(chǎn)過程更為簡單，NAND結(jié)構(gòu)可以在給定的模具尺寸內(nèi)提供更高的容量，也就相應(yīng)地降低了價格。 NOR flash占據(jù)了容量為116MB閃存市場的大部分，而NAND flash只是用在8128MB的產(chǎn)品當(dāng)中，這也說明NOR主要應(yīng)用在代碼存儲介質(zhì)中，NAND適合于數(shù)據(jù)存儲，NAND在CompactFlash、 Secure Digital、PC Cards和MMC存儲卡市場

6、上所占份額最大。4.可靠性和耐用性采用flahs介質(zhì)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(tǒng)來說，F(xiàn)lash是非常合適的存儲方案?？梢詮膲勖?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。5.壽命(耐用性) 在NAND閃存中每個塊的最大擦寫次數(shù)是一百萬次，而NOR的擦寫次數(shù)是十萬次。NAND存儲器除了具有10比1的塊擦除周期優(yōu)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(nèi)的刪除次數(shù)要少一些。位交換所有flash器件都受位交換現(xiàn)象的困擾。在某些情況下(很少見，NAND發(fā)生的次數(shù)要比NOR多)，一個比特位會發(fā)生反轉(zhuǎn)或被報告反

7、轉(zhuǎn)了。一位的變化可能不很明顯，但是如果發(fā)生在一個關(guān)鍵文件上，這個小小的故障可能導(dǎo)致系統(tǒng)停機。如果只是報告有問題，多讀幾次就可能解決了。當(dāng)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(zhuǎn)的問題更多見于NAND閃存，NAND的供應(yīng)商建議使用NAND閃存的時候，同時使用EDC/ECC算法。這個問題對于用NAND存儲多媒體信息時倒不是致命的。當(dāng)然，如果用本地存儲設(shè)備來存儲操作系統(tǒng)、配置文件或其他敏感信息時，必須使用EDC/ECC系統(tǒng)以確?？煽啃浴?.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(fā)現(xiàn)成品率太低，代價太高，根本不劃算。NAND

8、器件需要對介質(zhì)進行初始化掃描以發(fā)現(xiàn)壞塊，并將壞塊標(biāo)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(dǎo)致高故障率。7.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(fù)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(qū)動程序，才能繼續(xù)執(zhí)行其他操作。向NAND器件寫入信息需要相當(dāng)?shù)募记?，因為設(shè)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。8.軟件支持當(dāng)討論軟件支持的時候，應(yīng)該區(qū)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

9、，包括性能優(yōu)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(qū)動程序，也就是內(nèi)存技術(shù)驅(qū)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(qū)動，該驅(qū)動被 Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等廠商所采用。驅(qū)動還用于對DiskOnChip產(chǎn)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。NOR與NAND技術(shù)的比

10、較及使用性差異1）閃存芯片讀寫的基本單位不同 應(yīng)用程序?qū)OR芯片操作以“字”為基本單位。為了方便對大容量NOR閃存的管理，通常將NOR閃存分成大小為128KB或者64KB的邏輯塊，有時候塊內(nèi)還分成扇區(qū)。讀寫時需要同時指定邏輯塊號和塊內(nèi)偏移。應(yīng)用程序?qū)AND芯片操作是以“塊”為基本單位。NAND閃存的塊比較小，一般是8KB，然后每塊又分成頁，頁的大小一般是512字節(jié)。要修改NAND芯片中一個字節(jié)，必須重寫整個數(shù)據(jù)塊。 2）NOR閃存是隨機存儲介質(zhì)，用于數(shù)據(jù)量較小的場合；NAND閃存是連續(xù)存儲介質(zhì)，適合存放大的數(shù)據(jù)。  3) 由于NOR地址線和數(shù)據(jù)線分開，所以NOR芯片可以像SRAM

11、一樣連在數(shù)據(jù)線上。NOR芯片的使用也類似于通常的內(nèi)存芯片，它的傳輸效率很高，可執(zhí)行程序可以在芯片內(nèi)執(zhí)行( XI P, eXecute In Place)，這樣應(yīng)用程序可以直接在flash閃存內(nèi)運行，不必再把代碼 讀到系統(tǒng)RAM中。由于NOR的這個特點，嵌入式系統(tǒng)中經(jīng)常將NOR芯片做啟動芯片使用。而NAND共用地址和數(shù)據(jù)總線，需要額外聯(lián)結(jié)一些控制的輸入輸出，所以直接將NAND芯片做啟動芯片比較難。 4) N AN D閃存芯片因為共用地址和數(shù)據(jù)總線的原因，不允許對一個字節(jié)甚至一個塊進行的數(shù)據(jù)清空，只能對一個固定大小的區(qū)域進行清零操作；而NOR芯片可以對字進行操作。所以在處理小數(shù)據(jù)量的I/O操作的時

12、候的速度要快與NAND的速度。比如一塊NOR芯片通常寫一個字需要10微秒，那么在32位總線上寫512字節(jié)需要1280毫秒；而NAND閃存寫512字節(jié)需要的時間包括：512×每字節(jié)50納秒+10微秒的尋頁時間+200微秒的片擦寫時間234微秒。 5）NAND閃存的容量比較大，目前最大容量己經(jīng)達到8G字節(jié)。為了方便管理，NAND的存儲空間使用了塊和頁兩級存儲體系，也就是說閃存的存儲空間是二維的，比如K9F5608UOA閃存塊的大小為16K，每頁的大小是512字節(jié)，每頁還預(yù)留16字節(jié)空閑區(qū)用來存放錯誤校驗碼空間(有時也稱為out-of-band，OOB空間)；在進行寫操作的時候NAND閃存

13、每次將一個字節(jié)的數(shù)據(jù)放入內(nèi)部的緩存區(qū)，然后再發(fā)出“寫指令”進行寫操作。由于對NAND閃存的操作都是以塊和頁為單位的，所以在向NAND閃存進行大量數(shù)據(jù)的讀寫時，NAND的速度要快于NOR閃存。 6）NOR閃存的可靠性要高于NAND閃存，這主要是因為NOR型閃存的接口簡單，數(shù)據(jù)操作少，位交換操作少，因此可靠性高，極少出現(xiàn)壞區(qū)塊，因而一般用在對可靠性要求高的地方。相反的，NAND型閃存接口和操作均相對復(fù)雜，位交換操作也很多，關(guān)鍵性數(shù)據(jù)更是需安錯誤探測/錯誤更正EDC/ECC)算法來確保數(shù)據(jù)的完整性，因此出現(xiàn)問題的幾率要大得多，壞區(qū)塊也是不可避免的，而且由于壞區(qū)塊是隨機分布的，連糾錯也無法做到。 7）

14、NAND Flash一般地址線和數(shù)據(jù)線共用，對讀寫速度有一定影響；而NOR Flash閃存數(shù)據(jù)線和地址線分開，所以相對而言讀寫速度快一些。 NAND和NOR芯片的共性首先表現(xiàn)在向芯片中寫數(shù)據(jù)必須先將芯片中對應(yīng)的內(nèi)容清空，然后再寫入，也就是通常說的“先擦后寫”。只不過NOR芯片只用擦寫一個字，而NAND需要擦寫整個塊。其次，閃存擦寫的次數(shù)都是有限的.當(dāng)閃存的使用接近使用壽命的時候，經(jīng)常會出現(xiàn)寫操作失??；到達使用壽命時，閃存內(nèi)部存放的數(shù)據(jù)雖然可以讀，但是不能再進行寫操作了所以為了防止上面問題的發(fā)生，不能對某個特定的區(qū)域反復(fù)進行寫操作。通常NAND的可擦寫次數(shù)高于NOR芯片，但是由于NAND通常是整

15、塊擦寫，塊內(nèi)的頁面中如果有一位失效整個塊就會失效，而且由于擦寫過程復(fù)雜，失敗的概率相對較高，所以從整體上來說NOR的壽命較長。 另一個共性是閃存的讀寫操作不僅僅是一個物理操作，實際上在閃存上存放數(shù)據(jù)必須使用算法實現(xiàn)，這個模塊一般在驅(qū)動程序的MTD' (Memory Technology Drivers)模塊中或者在FTLZ (Flash Translation Layer)層內(nèi)實現(xiàn)，具體算法和芯片的生產(chǎn)廠商以及芯片型號有關(guān)系。 從使用角度來看，NOR閃存與NAND閃存是各有特點的：（1）NOR的存儲密度低，所以存儲一個字節(jié)的成本也較高，而NAND閃存的存儲密度和存儲容量均比較高；（2）

16、NAND型閃存在擦、寫文件（特別是連續(xù)的大文件）時速度非常快，非常適用于順序讀取的場合，而NOR的讀取速度很快，在隨機存取的應(yīng)用中有良好的表現(xiàn)。NOR與NAND各有所長，但兩種優(yōu)勢無法在一個芯片上得到體現(xiàn)。所以，設(shè)計人員在選用芯片時，只能趨其利而避其害，依照使用目的和主要功能在兩者之間進行適當(dāng)?shù)倪x擇。NAND與NOR技術(shù)的比較 一般的原則是：在大容量的多媒體應(yīng)用中選用NAND型閃存，而在數(shù)據(jù)/程序存貯應(yīng)用中選用NOR型閃存。根據(jù)這一原則，設(shè)計人員也可以把兩種閃存芯片結(jié)合起來使用，用NOR芯片存儲程序，用NAND芯片存儲數(shù)據(jù)，使兩種閃存的優(yōu)勢互補。事實上，這種聰明的設(shè)計早已普遍應(yīng)用于手

17、機、PocketPC、PDA及電子詞典等設(shè)備中了。在選擇存儲解決方案時，設(shè)計師必須在多種因素之間進行權(quán)衡，以獲得較高的性價比。以手機為例，采用支持XIP技術(shù)的NOR閃存能夠直接運行OS，速度很快，既簡化了設(shè)計，又降低了成本，所以許多手機都采用NORRAM的設(shè)計。NOR閃存的不足之處是存儲密度較低，所以也有采用NANDRAM的設(shè)計。對于這兩種方案，很難說哪一種更好，因為我們不能離開具體的產(chǎn)品而從某一個方面單純地去評價。追求小巧優(yōu)雅的手機將需要NOR閃存支持；追求大存儲容量的手機則將更多地選擇NAND閃存；而同時追求功能和速度的手機則會采用NORNANDRAM的設(shè)計，這種取長補短的設(shè)計能夠發(fā)揮NO

18、R和NAND各自的優(yōu)勢。除了速度、存儲密度的因素，設(shè)計師在選擇閃存芯片時，還需要考慮接口設(shè)計、即插即用設(shè)計和驅(qū)動程序等諸多問題，因為兩種類型的閃存在上述幾個方面也有很多的不同。譬如在驅(qū)動程序方面，NOR器件運行代碼不需要任何的軟件支持，而在NAND器件上進行同樣操作時就需要存儲技術(shù)驅(qū)動程序（MTD）的支持。雖然NAND和NOR器件在進行寫入和擦除操作時都需要MTD，但對于NAND來說驅(qū)動程序的開發(fā)難度更大，因為NAND閃存的糾錯和壞塊處理功能都需要通過驅(qū)動程序來實現(xiàn)。圖解NOR與NAND技術(shù)對于許多消費類音視頻產(chǎn)品而言，NAND閃存是一種比硬盤驅(qū)動器更好的存儲方案，這在不超過4GB的低容量應(yīng)用

19、中表現(xiàn)得猶為明顯。隨著人們持續(xù)追求功耗更低、重量更輕和性能更佳的產(chǎn)品，NAND正被證明極具吸引力。 NAND閃存陣列分為一系列128kB的區(qū)塊(block)，這些區(qū)塊是NAND器件中最小的可擦除實體。擦除一個區(qū)塊就是把所有的位(bit)設(shè)置為“1”(而所有字節(jié)(byte)設(shè)置為FFh)。有必要通過編程，將已擦除的位從“1”變?yōu)椤?”。最小的編程實體是字節(jié)(byte)。一些NOR閃存能同時執(zhí)行讀寫操作(見下圖1)。雖然NAND不能同時執(zhí)行讀寫操作，它可以采用稱為“映射(shadowing)”的方法，在系統(tǒng)級實現(xiàn)這一點。這種方法在個人電腦上已經(jīng)沿用多年，即將BIOS從速率較低的ROM加載到速率較高

20、的RAM上。 NAND的效率較高，是因為NAND串中沒有金屬觸點。NAND閃存單元的大小比NOR要小(4F2：10F2)的原因，是NOR的每一個單元都需要獨立的金屬觸點。NAND與硬盤驅(qū)動器類似，基于扇區(qū)(頁)，適合于存儲連續(xù)的數(shù)據(jù)，如圖片、音頻或個人電腦數(shù)據(jù)。雖然通過把數(shù)據(jù)映射到RAM上，能在系統(tǒng)級實現(xiàn)隨機存取，但是，這樣做需要額外的RAM存儲空間。此外，跟硬盤一樣，NAND器件存在壞的扇區(qū)，需要糾錯碼(ECC)來維持數(shù)據(jù)的完整性。 存儲單元面積越小，裸片的面積也就越小。在這種情況下，NAND就能夠為當(dāng)今的低成本消費市場提供存儲容量更大的閃存產(chǎn)品。NAND閃存用于幾乎所有可擦除的存儲卡。NA

21、ND的復(fù)用接口為所有最新的器件和密度都提供了一種相似的引腳輸出。這種引腳輸出使得設(shè)計工程師無須改變電路板的硬件設(shè)計，就能從更小的密度移植到更大密度的設(shè)計上。 NAND與NOR閃存比較 NAND閃存的優(yōu)點在于寫(編程)和擦除操作的速率快，而NOR的優(yōu)點是具有隨機存取和對字節(jié)執(zhí)行寫(編程)操作的能力(見下圖圖2)。NOR的隨機存取能力支持直接代碼執(zhí)行(XiP)，而這是嵌入式應(yīng)用經(jīng)常需要的一個功能。NAND的缺點是隨機存取的速率慢，NOR的缺點是受到讀和擦除速度慢的性能制約。NAND較適合于存儲文件。如今，越來越多的處理器具備直接NAND接口，并能直接從NAND(沒有NOR)導(dǎo)入數(shù)據(jù)。 NAND的真

22、正好處是編程速度快、擦除時間短。NAND支持速率超過5Mbps的持續(xù)寫操作，其區(qū)塊擦除時間短至2ms，而NOR是750ms。顯然，NAND在某些方面具有絕對優(yōu)勢。然而，它不太適合于直接隨機存取。 對于16位的器件，NOR閃存大約需要41個I/O引腳；相對而言，NAND器件僅需24個引腳。NAND器件能夠復(fù)用指令、地址和數(shù)據(jù)總線，從而節(jié)省了引腳數(shù)量。復(fù)用接口的一項好處，就在于能夠利用同樣的硬件設(shè)計和電路板，支持較大的NAND器件。由于普通的TSOP-1封裝已經(jīng)沿用多年，該功能讓客戶能夠把較高密度的NAND器件移植到相同的電路板上。NAND器件的另外一個好處顯然是其封裝選項：NAND提供一種厚膜的

23、2Gb裸片或能夠支持最多四顆堆疊裸片，容許在相同的TSOP-1封裝中堆疊一個8Gb的器件。這就使得一種封裝和接口能夠在將來支持較高的密度。 圖1 不同閃存單元的對比NOR閃存的隨機存取時間為0.12ms，而NAND閃存的第一字節(jié)隨機存取速度要慢得多 NAND基本操作 以2Gb NAND器件為例，它由2048個區(qū)塊組成，每個區(qū)塊有64個頁(見圖3)。 圖3 2GB NAND閃存包含2,048個區(qū)塊 每一個頁均包含一個2048字節(jié)的數(shù)據(jù)區(qū)和64字節(jié)的空閑區(qū)，總共包含2,112字節(jié)。空閑區(qū)通常被用于ECC、耗損均衡(wear leveling)和其它軟件開銷功能，盡管它在物理上與其它頁并沒有區(qū)別。N

24、AND器件具有8或16位接口。通過8或16位寬的雙向數(shù)據(jù)總線，主數(shù)據(jù)被連接到NAND存儲器。在16位模式，指令和地址僅僅利用低8位，而高8位僅僅在數(shù)據(jù)傳輸周期使用。 擦除區(qū)塊所需時間約為2ms。一旦數(shù)據(jù)被載入寄存器，對一個頁的編程大約要300s。讀一個頁面需要大約25s，其中涉及到存儲陣列訪問頁，并將頁載入16,896位寄存器中。 除了I/O總線，NAND接口由6個主要控制信號構(gòu)成： 1.芯片啟動(Chip Enable, CE#)：如果沒有檢測到CE信號，那么，NAND器件就保持待機模式，不對任何控制信號作出響應(yīng)。 2.寫使能(Write Enable, WE#): WE#負責(zé)將數(shù)據(jù)、地址或

25、指令寫入NAND之中。 3.讀使能(Read Enable, RE#): RE#允許輸出數(shù)據(jù)緩沖器。 4.指令鎖存使能(Command Latch Enable, CLE): 當(dāng)CLE為高時，在WE#信號的上升沿，指令被鎖存到NAND指令寄存器中。 5.地址鎖存使能(Address Latch Enable, ALE)：當(dāng)ALE為高時，在WE#信號的上升沿，地址被鎖存到NAND地址寄存器中。 6.就緒/忙(Ready/Busy, R/B#)：如果NAND器件忙，R/B#信號將變低。該信號是漏極開路，需要采用上拉電阻。 數(shù)據(jù)每次進/出NAND寄存器都是通過16位或8位接口。當(dāng)進行編程操作的時候，

26、待編程的數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)寄存器，處于在WE#信號的上升沿。在寄存器內(nèi)隨機存取或移動數(shù)據(jù)，要采用專用指令以便于隨機存取。 數(shù)據(jù)寄存器輸出數(shù)據(jù)的方式與利用RE#信號的方式類似，負責(zé)輸出現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，并增加到下一個地址。WE#和RE#時鐘運行速度極快，達到30ns的水準(zhǔn)。當(dāng)RE#或CE#不為低的時候，輸出緩沖器將為三態(tài)。這種CE#和RE#的組合使能輸出緩沖器，容許NAND閃存與NOR、SRAM或DRAM等其它類型存儲器共享數(shù)據(jù)總線。該功能有時被稱為“無需介意芯片啟動(chip enable don't care)”。這種方案的初衷是適應(yīng)較老的NAND器件，它們要求CE#在整個周期為低(譯注：根據(jù)上

27、下文改寫)。 輸入寄存器接收到頁編程(80h)指令時，內(nèi)部就會全部重置為1s，使得用戶可以只輸入他想以0位編程的數(shù)據(jù)字節(jié) 帶有隨機數(shù)據(jù)輸入的編程指令。圖中加亮的扇區(qū)顯示，該指令只需要后面跟隨著數(shù)據(jù)的2個字節(jié)的地址 所有NAND操作開始時，都提供一個指令周期(表1)。 當(dāng)輸出一串WE#時鐘時，通過在I/O位7：0上設(shè)置指令、驅(qū)動CE#變低且CLE變高，就可以實現(xiàn)一個指令周期。注意：在WE#信號的上升沿上，指令、地址或數(shù)據(jù)被鎖存到NAND器件之中。如表1所示，大多數(shù)指令在第二個指令周期之后要占用若干地址周期。注意：復(fù)位或讀狀態(tài)指令例外，如果器件忙，就不應(yīng)該發(fā)送新的指令。 以2Gb NAND器件的尋

28、址方案為例，第一和第二地址周期指定列地址，該列地址指定頁內(nèi)的起始字節(jié)(表2)。 注意：因為最后一列的位置是2112，該最后位置的地址就是08h(在第二字節(jié)中)和3Fh(在第一字節(jié)中)。PA5:0指定區(qū)塊內(nèi)的頁地址，BA16:6指定區(qū)塊的地址。雖然大多編程和讀操作需要完整的5字節(jié)地址，在頁內(nèi)隨機存取數(shù)據(jù)的操作僅僅用到第一和第二字節(jié)。塊擦除操作僅僅需要三個最高字節(jié)(第三、第四和第五字節(jié))來選擇區(qū)塊。 圖6：典型的存儲方法 圖7 頁讀緩存模式 總體而言，NAND的基本操作包括：復(fù)位(Reset, FFh)操作、讀ID(Read ID, 00h)操作、讀狀態(tài)(Read Status, 70h)操作、編

29、程(Program)操作、隨機數(shù)據(jù)輸入(Random data input, 85h)操作和讀(Read)操作等。 將NAND連接到處理器 選擇內(nèi)置NAND接口的處理器或控制器的好處很多。如果沒有這個選擇，有可能在NAND和幾乎任何處理器之間設(shè)計一個“無粘接邏輯(glueless)”接口。NAND和NOR閃存的主要區(qū)別是復(fù)用地址和數(shù)據(jù)總線。該總線被用于指定指令、地址或數(shù)據(jù)。CLE信號指定指令周期，而ALE信號指定地址周期。利用這兩個控制信號，有可能選擇指令、地址或數(shù)據(jù)周期。把ALE連接到處理器的第五地址位，而把CLE連接到處理器的第四地址位，就能簡單地通過改變處理器輸出的地址，任意選擇指令、地

30、址或數(shù)據(jù)。這容許CLE和ALE在合適的時間自動設(shè)置為低。 為了提供指令，處理器在數(shù)據(jù)總線上輸出想要的指令，并輸出地址0010h；為了輸出任意數(shù)量的地址周期，處理器僅僅要依次在處理器地址0020h之后輸出想要的NAND地址。注意，許多處理器能在處理器的寫信號周圍指定若干時序參數(shù)，這對于建立合適的時序是至關(guān)重要的。利用該技術(shù)，你不必采用任何粘接邏輯，就可以直接從處理器存取指令、地址和數(shù)據(jù)。 多層單元 多層單元(MLC)的每一個單元存儲兩位，而傳統(tǒng)的SLC僅僅能存儲一位。MLC技術(shù)有顯著的密度優(yōu)越性，然而，與SLC相比(表3)，其速度或可靠性稍遜。因此，SLC被用于大多數(shù)媒體卡和無線應(yīng)用，而MLC器

31、件通常被用于消費電子和其它低成本產(chǎn)品。 如上所述，NAND需要ECC以確保數(shù)據(jù)完整性。NAND閃存的每一個頁面上都包括額外的存儲空間，它就是64個字節(jié)的空閑區(qū)(每512字節(jié)的扇區(qū)有16字節(jié))。該區(qū)能存儲ECC代碼及其它像磨損評級或邏輯到物理塊映射之類的信息。ECC能在硬件或軟件中執(zhí)行，但是，硬件執(zhí)行有明顯的性能優(yōu)勢。在編程操作期間，ECC單元根據(jù)扇區(qū)中存儲的數(shù)據(jù)來計算誤碼校正代碼。數(shù)據(jù)區(qū)的ECC代碼然后被分別寫入到各自的空閑區(qū)。當(dāng)數(shù)據(jù)被讀出時，ECC代碼也被讀出；運用反操作可以核查讀出的數(shù)據(jù)是否正確。 有可能采用ECC算法來校正數(shù)據(jù)錯誤。能校正的錯誤的數(shù)量取決于所用算法的校正強度。在硬件或軟件

32、中包含ECC，就提供了強大的系統(tǒng)級解決方案。最簡單的硬件實現(xiàn)方案是采用簡單的漢明(Simple Hamming)碼，但是，只能校正單一位錯誤。瑞德索羅門(Reed-Solomon)碼提供更為強大的糾錯，并被目前的控制器廣為采用。此外，BCH碼由于比瑞德索羅門方法的效率高，應(yīng)用也日益普及。 要用軟件執(zhí)行NAND閃存的區(qū)塊管理。該軟件負責(zé)磨損評級或邏輯到物理映射。該軟件還提供ECC碼，如果處理器不包含ECC硬件的話。 編程或擦除操作之后，重要的是讀狀態(tài)寄存器，因為它確認是否成功地完成了編程或擦除操作。如果操作失敗，要把該區(qū)塊標(biāo)記為損壞且不能再使用。以前已編寫進去的數(shù)據(jù)要從損壞的區(qū)塊中搬出，轉(zhuǎn)移到新

33、的(好的)存儲塊之中。2Gb NAND的規(guī)范規(guī)定，它可以最多有40個壞的區(qū)塊，這個數(shù)字在器件的生命周期(額定壽命為10萬次編程/擦除周期)內(nèi)都適用。一些有壞塊的NAND器件能夠出廠，主要就歸根于其裸片面積大。管理器件的軟件負責(zé)映射壞塊并由好的存儲塊取而代之。 利用工廠對這些區(qū)塊的標(biāo)記，軟件通過掃描塊可以確定區(qū)塊的好壞。壞塊標(biāo)記被固定在空閑區(qū)的第一個位置(列地址2048)。如果在0或1頁的列地址2048上的數(shù)據(jù)是“non-FF”，那么，該塊要標(biāo)記為壞，并映射出系統(tǒng)。初始化軟件僅僅需要掃描所有區(qū)塊確定以確定哪個為壞，然后建一個壞塊表供將來參考。 小心不要擦除壞塊標(biāo)記，這一點很重要。工廠在寬溫和寬電

34、壓范圍內(nèi)測試了NAND；一些由工廠標(biāo)記為壞的區(qū)塊可能在一定的溫度或電壓條件下仍然能工作，但是，將來可能會失效。如果壞塊信息被擦除，就無法再恢復(fù)。NAND Flash結(jié)構(gòu)與驅(qū)動分析摘一、NAND flash的物理組成NAND Flash 的數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)，我使用的NAND Flash 是K9F1208,下面內(nèi)容

35、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?cè)萘繛?096*（32*528B）=66MB，但是其中的2MB是用來保存ECC校驗碼等額外數(shù)據(jù)的，故實際中可使用的為64MB。NAND flash以頁為單位讀寫數(shù)據(jù)，而以塊為單位擦除數(shù)據(jù)。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

36、 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/O7:0上傳遞，數(shù)據(jù)寬度是8位。二、NAND Flash地址的表示512byte需要9bit來表示，對于528byte系列的NAND，這512byte被分成1st half Page Register和2nd half Page Register，各自的訪問由地址指針命令來選擇，A7:0就是所謂的column address（列地址），在進行擦除操作時不需要它，why？因為以塊為單位擦除。32個page需要5bit來

37、表示，占用A13:9，即該page在塊內(nèi)的相對地址。A8這一位地址被用來設(shè)置512byte的1st half page還是2nd half page，0表示1st，1表示2nd。Block的地址是由A14以上的bit來表示。例如64MB（512Mb）的NAND flash（實際中由于存在spare area,故都大于這個值），共4096block，因此，需要12個bit來表示，即A25:14，如果是128MB(1Gbit) 的528byte/page的NAND Flash，則block address用A26:14表示。而page address就是blcok address|page add

38、ress in block NAND Flash 的地址表示為： Block Address|Page Address in block|halfpage pointer|Column Address 地址傳送順序是Column Address,Page Address,Block Address。 由于地址只能在I/O7:0上傳遞，因此，必須采用移位的方式進行。 例如，對于512Mbit x8的NAND flash，地址范圍是00x3FF_FFFF，只要是這個范圍內(nèi)的數(shù)值表示的地址都是有效的。 以NAND_ADDR 為例：第1 步是傳遞column address，就是NAND_ADDR7:

39、0，不需移位即可傳遞到I/O7:0上，而halfpage pointer即A8 是由操作指令決定的，即指令決定在哪個halfpage 上進行讀寫，而真正的A8 的值是不需程序員關(guān)心的。 第2 步就是將NAND_ADDR 右移9位，將NAND_ADDR16:9傳到I/O7:0上；第3 步將NAND_ADDR24:17放到I/O上；第4步需要將NAND_ADDR25放到I/O上；因此，整個地址傳遞過程需要4 步才能完成，即4-step addressing。 如果NAND Flash 的容量是32MB（256Mbit）以下，那么，block adress最高位只到bit24，因此尋址只需要3步。

40、下面，就x16 的NAND flash 器件稍微進行一下說明。 由于一個page 的main area 的容量為256word，仍相當(dāng)于512byte。但是，這個時候沒有所謂的1st halfpage 和2nd halfpage 之分了，所以，bit8就變得沒有意義了，也就是這個時候 A8 完全不用管，地址傳遞仍然和x8 器件相同。除了，這一點之外，x16 的NAND使用方法和 x8 的使用方法完全相同。 三、NAND flash驅(qū)動解讀以前由于做移植多一些，那些工作很簡單（現(xiàn)在看來），從來都不用去關(guān)心驅(qū)動里面到底怎么實現(xiàn)的，這幾次面試才發(fā)現(xiàn)真的是學(xué)的太淺了，似乎我還在學(xué)習(xí)仰泳而那些牛人基本都

41、屬于潛水級的了，潛的不知有多深。我對照著開發(fā)板所帶的NAND flash驅(qū)動和k9f1208的芯片資料把這些代碼通讀了一遍，終于明白了NAND flash的讀寫過程是如何實現(xiàn)的了。我所參考的驅(qū)動是mizi公司為三星芯片所寫的，我看看了，大概和官方內(nèi)核的nand.c差不多。在s3c2410處理器中有專門的NAND flash控制器，他們位于SFR區(qū)，具體可以參看s3c2410用戶手冊。以下的這些代碼均可以在vivi或者kernel里面找到，文中會標(biāo)明程序出自何處。在vivi中，有關(guān)NAND flash的驅(qū)動都在driver/mtd/nand/下，該目錄中包含的源文件：smc_core.c是NAN

42、D flash的主要驅(qū)動。NAND flash 芯片定義了一個很長的結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)中包含了操作NAND flash的函數(shù)和一些必要的變量（include/mtd/nand.h）。struct nand_chip #ifdef CONFIG_MTD_NANDY /* =y */ void (*hwcontrol)(int cmd); void (*write_cmd)(u_char val); void (*write_addr)(u_char val); u_char (*read_data)(void); void (*write_data)(u_char val); void (*wait

43、_for_ready)(void); int page_shift; u_char *data_buf; u_char *data_cache; int cache_page; struct nand_smc_dev *dev; u_char spareSMC_OOB_SIZE;#else /* CONFIG_MTD_NANDY */ #ifdef CONFIG_MTD_NAND_ECC u_char ecc_code_buf6; u_char reserved2;#endif#endif /* CONFIG_MTD_NANDY */;縱觀對NAND flash的各種操作（read、write

44、、erase），無外乎如下幾種操作：1選擇flash nand_select()2發(fā)送命令 nand_command()3進行相應(yīng)操作 read，write4反選NAND flash nand_deselect()下面是以上四步的實現(xiàn)代碼：1、選擇NAND flash#define nand_select() this->hwcontrol(NAND_CTL_SETNCE); nand_command(mtd, NAND_CMD_RESET, -1, -1); udelay (10);hwcontrol(NAND_CTL_SETNCE)的作用是設(shè)置2410的NAND FLASH CONF

45、IGURATION (NFCONF) REGISTER的NAND Flash Memory chip enable位為0，這位寄存器在自動重啟后就被系統(tǒng)自動清零。如果要訪問NAND flash的內(nèi)存，這位必須置1。nand_command(mtd, NAND_CMD_RESET, -1, -1)；向flash發(fā)送命令，此命令為reset，即為重置NAND flash。然后是10us的延遲，給flash個反應(yīng)時間。2、發(fā)送命令Nand_command()同樣在smc_core.c中實現(xiàn)。NAND flash的命令有如下幾種： 命令 命令值 描述NAND_CMD_READ0 0 讀操作NAND_C

46、MD_READ1 1 讀操作NAND_CMD_PAGEPROG 0x10 頁編程操作NAND_CMD_READOOB 0x50 讀寫OOBNAND_CMD_ERASE1 0x60 讀寫操作NAND_CMD_STATUS 0x70 讀取狀態(tài)NAND_CMD_STATUS_MULTI 0x71 讀取狀態(tài)NAND_CMD_SEQIN 0x80 寫操作NAND_CMD_READID 0x90 讀Flash ID號NAND_CMD_ERASE2 0xd0 擦寫操作NAND_CMD_RESET oxff 復(fù)位操作按照程序的注釋，可以將該函數(shù)的實現(xiàn)分為如下幾步：1、Begin command latch cycle實現(xiàn)代碼：this->hwcontrol(NAND_CTL_SETCLE); this->hwcontrol(NAND_CTL_DAT_OUT);找到第二條語句的定義，發(fā)現(xiàn)什么都么做，不解!希望達人解答。我猜想可能是一個數(shù)據(jù)讀出的使