嵌入式开发之NorFlash 和NandFlash

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[摘要]：作为一个嵌入式工程师，要对NorFlash 和NandFlash要有最起码的认知。本文通过从启动方式、读写方式、容量成本、可靠性、寿命以及是使用型上进行了全面的分析和对比。任何事物都两面性，因此其本身没有好坏之分，重要的是我们如何使用使其达到性能上的最佳，最后叙述了如何在NorFlash 和NandFlash上进行抉择。

前言：

目前，各类DDR,SDRAM或者RDRAM都属于都属于挥发性内存，只要停止电流供应内存中的数据便无法保持。Flash是一种非易失性（ Non-Volatile ）内存，在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据，其存储特性相当于硬盘，这项特性正是闪存得以成为各类便携型数字设备的存储介质的基础。

1. NorFlash和NandFlash启动方式

（1）NorFlash 有自己的数据和地址总线，因此可采用类似RAM的随机访问。NorFlash的特点是芯片内执行（XIP: eXecute In Place），这样应用程序应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。如果uboot中的ro段就可以直接在 NorFlash上运行，只需要把rw段和zi段拷贝到RAM中运行即可。

（2）Nand Flash器件使用复杂的I/O口来串行的存取数据，8个引脚用来传送控制，地址和数据信息。由于时序较为复杂，所以一般CPU最好集成NAND控制器。另外由于NandFlash没有挂接在地址总线上，所以如果想用NandFlash作为系统的启动盘，就需要CPU具备特殊的功能。如s3c2410具有一个stepping stone。

Note:

1>S3C2410 之所以可以将loader代码烧在NAND上从而boot,是由于s3c2410有一个内置的SRAM,叫做stepping stone.当加电后，可以自动将NAND的起始4K的内容拷贝到SRAM里，然后在RAM里执行，将NAND里的代码拷贝至SDRAM。也就是我们就可以讲一个小于4K的loader烧至NAND Flash上就可以了。

2> NorFlash 随机存储介质，适合做代码存储并EIP，读取速度快。

NandFlash 连续型存储介质，适合用来做大量数据存储的。

2. NorFlash与NandFlash型读写的基本单位不同

NandFlash和NorFlash的共性首先表现在向芯片中写数据必须先将芯片中对应的内容清空，然后再写入，也就是通常说的“先檫后写”。只不过NorFlash只用檫写一个字，而NandFlash需要擦写整个块

（1）应用程序对NorFlash操作以“字”为基本单位。为了方便对大容量NOR闪存的管理，通常将NOR闪存分成大小为128KB或者64KB的逻辑块，有时候块内还分成扇区。读写时需要同时逻辑块号和块内偏移。

（2）应用程序对NandFlash操作是以“块”为基本单位。NandFlash的块比较小，一般是8KB，然后每块又分成页，页的大小一般是512字节。要修改NandFlash中一个字节，必须重写整个数据块。

So:

1>NorFlash 可以对字进行操作，在处理小数据量的I/O操作的时候速度要比NandFlash快。

2>NandFlash只能对一个固定大小的区域进行清零操作。

3>NAND 器件执行擦除操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为1。擦除NOR器件时是以64～128KB的块进行的，执行一个擦除/写入操作的时间约为5s。擦除NAND器件是以8～32KB的块进行的，执行一个擦除/写入操作最多只需要4ms(此处是大数据情况下)。

3.NorFlash和NandFlash容量与成本对比

（1）NorFlash的容量相对要小，且成本较高。

（2）NandFlash的容量比较大，目前最大容量已经达到8G字节。为了方便管理，NandFlash的存储空间使用了块和页两级存储体。由于对NandFlash的操作都是以块和页为单位的，所以在向NandFlash进行大量数据读写时，NandFlash的速度要快于NorFlash闪存。并且NandFlash成本较低。

4.NorFlash和NandFlash可靠性对比

（1）NorFlash的可靠性要高于NandFlash，这主要是因为）NorFlash的接口简单，数据操作少，因此可靠性高，极少出现块区块，因而一般用在对可靠性要求高的地方。

（2）NandFlash接口和操作均相对复杂，位交换操作也很多，关键性数据更是需要错误探测/错误更正算法来确保数据的完整性，因此出现问题的几率要大的多，坏区块也是不可避免的，而且由于坏区块是随机分布的，连纠错也无法做到。

因此：建议在使用NandFlash时，要采用EDC/ECC等校验算法。

5. NorFlash和NandFlash寿命对比

Flash檫写的次数都是有限的，当Flash的使用接近使用寿命的时候，经常会出现些操作失败；到达使用寿命时，Flash内部存放的数据虽然可以读，但是不能再进行写操作，所以为了防止上面问题的发生，不能对某个特定的区域反复进行写操作。

通常NandFlash的可檫写次数高于NorFlash，但是由于NandFlash通常是整块檫写，块内的页面中如果有一位失效整个快就会失效，而且由于檫写过程复杂，失败的概率相对较高，所以从整体上来说NorFlash的寿命较长。

Note:

在NandFlash中每个块的最大擦写次数是一百万次，而NorFlash的擦写次数是十万次。Flash的使用寿命同时和文件系统的机制也有关，要求文件系统具有损耗平衡功能。

6.使用上差异

在使用性上体现出的差异也是与NOR和NAND自身的架构设计分不开的。

（1）接口方面：NOR的设计有明显的传统闪存的特征，因此实际应用起来相对于NAND全新的复杂I/O设计要容易的多。而且，在使用NAND闪存时，必须先写入驱动程序，才能继续执行其他操作

（2）NAND在使用中还存在者坏块管理的问题，在NAND闪存中，由于坏块是随机分布的，因此需要进行扫描并将坏块打上标记。坏块的存在使得向NAND闪存写入信息需要相当的技巧，因为绝不能向坏块写入，这意味着在NAND闪存上自始自终都必须进行虚拟映射。

（3）在NOR闪存上运行代码不需要任何的软件支持，在NAND闪存上进行同样操作时，通常需要驱动程序，也就是内存技术驱动程序（MTD）, NAND和NOR闪存在进行写入和檫除操作时都需要MTD。

（4）使用NOR闪存时所需要的MTD要相对少一些，许多厂商都提供用于NOR闪存的更高及软件，这其中包括M-System的TrueFFS驱动。

7.如何抉择：

（1）一般的原则是：在大容量的多媒体应用用选用NandFlash，而在数据/程序存储应用中选用NorFlash。

（2）我们一般用NorFlash存储程序，用NandFlash存储数据，使两种闪存的优势互补。

举例：

采用支持XIP技术的NOR闪存能够直接运行OS，速度很快，既简化了设计，又降低了成本，所以许多手机都采用NOR＋RAM的设计。NOR闪存的不足之处是存储密度较低，所以也有采用NAND＋RAM的设计。对于这两种方案，很难说哪一种更好，因为我们不能离开具体的产品而从某一个方面单纯地去评价。追求小巧优雅的手机将需要NOR闪存支持；追求大存储容量的手机则将更多地选择NAND闪存；而同时追求功能和速度的手机则会采用NOR＋NAND＋RAM的设计，这种取长补短的设计能够发挥NOR和NAND各自的优势。

（4）除了速度、存储密度的因素，在选择闪存芯片时，还需要考虑接口设计、即插即用设计和驱动程序等诸多问题，因为两种类型的闪存在上述几个方面也有很多的不同。比如在驱动程序方面，NorFlash运行代码不需要任何的软件支持，而在NandFlash上进行同样操作时就需要存储技术驱动程序(MTD)的支持。虽然NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD, 但对于NAND来说驱动程序的开发难度更大，因为NAND闪存的纠错和坏块处理功能都需要通过驱动程序来实现

8补充知识点 SPI Flash

SPI Flash即serial peripheral interface串行外围设备接口是一种常见的时钟同步串行通信接口,是NorFlash的一种。

NorFlash根据数据传输的位数可以分为并行（Parallel）NorFlash和串行（SPI）NorFlash(即SPI Flash)。

SPI NorFlash每次传输一个bit位的数据，parallel NorFlash每次传输多个bit位的数据（有x8和x16bit两种）；SPI Flash便宜，接口简单点，但速度慢。