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閃存簡介

閃存是壹種非易失性存儲器,可以在沒有電流供應的情況下長時間保存數據,其存儲特性與硬盤相當,這是閃存成為各種便攜式數字設備存儲介質的基礎。

NAND閃存的存儲單元采用串行結構,存儲單元的讀寫以頁和塊為單位進行(壹頁包含若幹字節,若幹頁組成壹個存儲塊,NAND的存儲塊大小為8到32KB)。這種結構最大的優點是容量可以做得非常大,容量超過512MB的NAND產品相當普遍,NAND閃存成本低,有利於大規模普及。

NAND閃存的缺點是讀取速度慢。它只有八個I/O端口,比NOR少得多。這個區域的8個I/O口只能依次傳輸數據,比NOR閃存的並行傳輸方式慢很多。另外,NAND閃存的邏輯是電子盤模塊結構,內部沒有專門的存儲控制器。壹旦出現壞數據塊,不會修復,可靠性比NOR閃存差。

NAND閃存廣泛應用於移動存儲、數碼相機、MP3播放器、掌上電腦等新興數碼設備。在數碼設備強勁發展的推動下,NAND閃存壹直呈指數級增長。

NOR和NAND是市場上兩種主要的非易失性閃存技術。Intel在1988年首次開發出NOR flash技術,徹底改變了EPROM和EEPROM壹統天下的局面。然後在1989年,東芝公布了NAND flash結構,強調每比特成本的降低,更高的性能,通過接口像磁盤壹樣容易升級。但是十幾年過去了,還是有相當多的硬件工程師分不清NOR和NAND閃存的區別。

“閃存”階段通常可以與“或非存儲器”階段互換使用。很多業內人士並不知道NAND閃存技術相對NOR技術的優勢,因為大多數情況下,閃存只是用來存儲少量代碼,NOR閃存更合適。NAND是高數據存儲密度的理想解決方案。

也不具備XIP、就地執行(XIP)的特性,因此應用程序可以直接在閃存中運行,而無需將代碼讀入系統RAM。NOR的傳輸效率很高,容量為1 ~ 4 MB時性價比較高,但寫入和擦除速度較低,性能受影響較大。

NAND結構可以提供極高的單元密度,達到很高的存儲密度,寫入和擦除的速度也很快。應用NAND的難點在於flash的管理和需要特殊的系統接口。閃存是壹種非易失性存儲器,可以擦除和重新編程稱為塊的存儲單元塊。任何閃存設備的寫入操作都只能在空的或已擦除的單元中進行,因此在大多數情況下,必須在寫入操作之前進行擦除。NAND設備執行擦除操作非常簡單,而NOR要求目標塊中的所有位在擦除前都應寫入0。

由於NOR器件是以64 ~ 128 KB的塊來擦除的,所以執行壹次寫/擦除操作的時間是5ms,而NAND器件是以8 ~ 32 KB的塊來擦除的,執行同樣的操作最多只需要4ms。

擦除時塊大小的差異進壹步擴大了NOR和NADN之間的性能差距。統計表明,對於給定的壹組寫操作(尤其是在更新小文件時),必須在基於NOR的單元中執行更多的擦除操作。因此,在選擇儲物解決方案時,設計師必須權衡以下因素。

● NOR讀取速度比NAND稍快。

NAND的寫入速度比NOR快很多。

NAND的4ms擦除速度比NOR的5ms快很多。

●大多數寫操作需要先擦除。

NAND的擦除單元更小,對應的擦除電路更少。NOR flash有SRAM接口,有足夠的地址引腳尋址,可以輕松訪問其中的每壹個字節。

NAND設備使用復雜的I/O口串行訪問數據,不同產品或廠商的方法可能不同。八個引腳用於傳輸控制、地址和數據信息。

NAND讀寫操作使用512字節的塊,有點像硬盤管理。自然,基於NAND的內存可以取代硬盤或其他塊設備。NAND flash的單位尺寸幾乎是NOR器件的壹半。因為生產工藝更簡單,NAND結構可以在給定的模具尺寸內提供更高的產能,相應的降低了價格。

NOR flash以1 ~ 16 MB的容量占據了大部分閃存市場,而NAND flash僅用於8 MB ~ 128 GB容量的產品,這也說明NOR主要用於代碼存儲介質,NAND適用於數據存儲,NAND在CompactFlash、安全數碼、PC卡、MMC存儲卡市場份額最大。所有閃存設備都受到位交換現象的困擾。在某些情況下(很少,NAND比NOR更常見),壹個位將被反轉或被報告為反轉。

壹個位的變化可能不明顯,但如果發生在壹個關鍵文件上,這個小故障就可能導致系統停止。如果只是報告有問題,看幾遍可能就解決了。

當然,如果這個位真的改變了,就必須采用檢錯/糾錯(EDC/ECC)算法。位反轉的問題在NAND閃存中比較常見,NAND供應商建議在使用NAND閃存時同時使用EDC/ECC算法。

當使用NAND存儲多媒體信息時,這個問題不是致命的。當然,如果本地存儲設備用於存儲操作系統、配置文件或其他敏感信息,則必須使用EDC/ECC系統來確保可靠性。NAND設備中的壞塊是隨機分布的。之前也有過淘汰壞塊的努力,但是發現良品率太低,價格太高,不劃算。

NAND設備需要對介質執行初始掃描,以找到壞塊並將壞塊標記為不可用。在制造的器件中,如果這種處理不能通過可靠的方法進行,將導致高的故障率。妳可以非常直接的使用基於NOR的閃存,像其他內存壹樣連接,直接在上面運行代碼。

因為需要I/O接口,NAND就復雜多了。各種NAND設備的訪問方法因制造商而異。

使用NAND設備時,必須先寫入驅動程序,然後才能繼續其他操作。向NAND設備寫入信息需要相當的技巧,因為設計人員絕不能寫入壞塊,這意味著必須從頭到尾在NAND設備上進行虛擬映射。在討論軟件支持時,我們應該區分基本的讀/寫/擦除操作和更高級的磁盤模擬和閃存管理算法的軟件,包括性能優化。

在NOR設備上運行代碼不需要任何軟件支持。在NAND設備上做同樣的操作,通常需要驅動,也就是內存技術驅動(MTD)。NAND和NOR設備都需要MTD來進行寫入和擦除操作。

使用NOR器件時所需的MTD相對較少。許多制造商為NOR設備提供更先進的軟件,包括M-System的TrueFFS驅動程序,這種驅動程序被Wind River System、微軟、QNX軟件系統、Symbian和Intel等制造商采用。

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