淺析Nor Flash的一些通用設(shè)置

NOR Flash

NOR Flash是現(xiàn)在市場(chǎng)上兩種主要的非易失閃存技術(shù)之一。Intel于1988年首先開(kāi)發(fā)出NOR Flash 技術(shù)，徹底改變了原先由EPROM（Erasable Programmable Read-Only-Memory電可編程序只讀存儲(chǔ)器）和EEPROM（電可擦只讀存儲(chǔ)器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory）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(qiáng)調(diào)降低每比特的成本，有更高的性能，并且像磁盤(pán)一樣可以通過(guò)接口輕松升級(jí)。NOR Flash 的特點(diǎn)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(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR 的傳輸效率很高，在1~4MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫(xiě)入和擦除速度大大影響到它的性能。NAND的結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫(xiě)入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于Flash的管理需要特殊的系統(tǒng)接口。

性能比較

flash閃存是非易失存儲(chǔ)器，可以對(duì)稱為塊的存儲(chǔ)器單元塊進(jìn)行擦寫(xiě)和再編程。任何flash器件的寫(xiě)入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進(jìn)行，所以大多數(shù)情況下，在進(jìn)行寫(xiě)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(jiǎn)單的，而NOR則要求在進(jìn)行擦除前先要將目標(biāo)塊內(nèi)所有的位都寫(xiě)為0。

由于擦除NOR器件時(shí)是以64～128KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行一個(gè)寫(xiě)入/擦除操作的時(shí)間為5s，與此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。

執(zhí)行擦除時(shí)塊尺寸的不同進(jìn)一步拉大了NOR和NAND之間的性能差距，統(tǒng)計(jì)表明，對(duì)于給定的一套寫(xiě)入操作（尤其是更新小文件時(shí)），更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進(jìn)行。這樣，當(dāng)選擇存儲(chǔ)解決方案時(shí)，設(shè)計(jì)師必須權(quán)衡以下的各項(xiàng)因素。

l 、NOR的讀速度比NAND稍快一些。

2、 NAND的寫(xiě)入速度比NOR快很多。

3 、NAND的4ms擦除速度遠(yuǎn)比NOR的5s快。

4 、大多數(shù)寫(xiě)入操作需要先進(jìn)行擦除操作。

5 、NAND的擦除單元更小，相應(yīng)的擦除電路更少。

此外，NAND的實(shí)際應(yīng)用方式要比NOR復(fù)雜的多。NOR可以直接使用，并可在上面直接運(yùn)行代碼；而NAND需要I/O接口，因此使用時(shí)需要驅(qū)動(dòng)程序。不過(guò)當(dāng)今流行的操作系統(tǒng)對(duì)NAND結(jié)構(gòu)的Flash都有支持。此外，Linux內(nèi)核也提供了對(duì)NAND結(jié)構(gòu)的Flash的支持。

詳解

NOR和NAND是現(xiàn)在市場(chǎng)上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。Intel于1988年首先開(kāi)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(qiáng)調(diào)降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盤(pán)一樣可以通過(guò)接口輕松升級(jí)。但是經(jīng)過(guò)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。

像“flash存儲(chǔ)器”經(jīng)常可以與相“NOR存儲(chǔ)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(duì)于NOR技術(shù)的優(yōu)越之處，因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下閃存只是用來(lái)存儲(chǔ)少量的代碼，這時(shí)NOR閃存更適合一些。而NAND則是高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度的理想解決方案。

NOR的特點(diǎn)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(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫(xiě)入和擦除速度大大影響了它的性能。

NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫(xiě)入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于flash的管理需要特殊的系統(tǒng)接口。

接口差別

NOR flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引腳來(lái)尋址，可以很容易地存取其內(nèi)部的每一個(gè)字節(jié)。

NAND器件使用復(fù)雜的I/O口來(lái)串行地存取數(shù)據(jù)，各個(gè)產(chǎn)品或廠商的方法可能各不相同。8個(gè)引腳用來(lái)傳送控制、地址和數(shù)據(jù)信息。

NAND讀和寫(xiě)操作采用512字節(jié)的塊，這一點(diǎn)有點(diǎn)像硬盤(pán)管理此類操作，很自然地，基于NAND的存儲(chǔ)器就可以取代硬盤(pán)或其他塊設(shè)備。

容量成本

NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半，由于生產(chǎn)過(guò)程更為簡(jiǎn)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(jià)格。

NOR flash占據(jù)了容量為1～16MB閃存市場(chǎng)的大部分，而NAND flash只是用在8～128MB的產(chǎn)品當(dāng)中，這也說(shuō)明NOR主要應(yīng)用在代碼存儲(chǔ)介質(zhì)中，NAND適合于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC（多媒體存儲(chǔ)卡Multi Media Card）存儲(chǔ)卡市場(chǎng)上所占份額最大。

可靠耐用

采用flash介質(zhì)時(shí)一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題是可靠性。對(duì)于需要擴(kuò)展MTBF（平均故障間隔時(shí)間Mean Time Between Failures）的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，F(xiàn)lash是非常合適的存儲(chǔ)方案?？梢詮膲勖陀眯裕?、位交換和壞塊處理三個(gè)方面來(lái)比較NOR和NAND的可靠性。

壽命（耐用性）

在NAND閃存中每個(gè)塊的最大擦寫(xiě)次數(shù)是一百萬(wàn)次，而NOR的擦寫(xiě)次數(shù)是十萬(wàn)次。NAND存儲(chǔ)器除了具有10比1的塊擦除周期優(yōu)勢(shì)，典型的NAND塊尺寸為NOR器件的八分之一，每個(gè)NAND存儲(chǔ)器塊在給定的時(shí)間內(nèi)的刪除次數(shù)要少一些。

Nor Flash具有其獨(dú)特的數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制，它可以像內(nèi)存一樣讀，但是它不可以像內(nèi)存一樣寫(xiě)，這就會(huì)導(dǎo)致我們?cè)谙騈or Flash中寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)稍顯麻煩。這篇文章介紹Nor Flash 的一般操作，適合大多數(shù)的Nor Flash芯片，筆者使用的芯片是MX29LV160D T/B，容量為2MB。

拿到一款Nor Flash芯片，我們首先簡(jiǎn)明扼要的瀏覽數(shù)據(jù)手冊(cè)上芯片的特性（FEATURES），做到一個(gè)大概的了解，接著看相關(guān)操作的命令介紹及文字說(shuō)明，一般來(lái)說(shuō)，芯片手冊(cè)上的 NOTE內(nèi)容很重要。至于相關(guān)操作的時(shí)序，如果你使用的微控制器內(nèi)部集成有內(nèi)存控制器，那么你在操作之前，必須嚴(yán)格遵守相關(guān)時(shí)序來(lái)配置內(nèi)存控制器的寄存器；如果你使用的微控制器內(nèi)部沒(méi)有集成內(nèi)存控制器，那么相關(guān)操作中，嚴(yán)格按照時(shí)序來(lái)編程。

圖1 相關(guān)操作指令

從圖1中可以看出，像Nor Flash芯片發(fā)送數(shù)據(jù)或者是讀取數(shù)據(jù)有兩種方式，一種是2字節(jié)方式（發(fā)送的數(shù)據(jù)和讀取的數(shù)據(jù)都是2字節(jié)，short），一種是1字節(jié)方式（發(fā)送的數(shù)據(jù)和讀取的數(shù)據(jù)都是1字節(jié)，char）。這個(gè)特點(diǎn)在編程的時(shí)候一定注意，即數(shù)據(jù)的類型不要搞錯(cuò)了。

舉個(gè)例子，進(jìn)入CFI（COMMON FLASH MEMORY INTERFACE）模式，我們首先向地址為55H的地方寫(xiě)入數(shù)據(jù)98H即可。

對(duì)于芯片的讀寫(xiě)操作，一般都是先編寫(xiě)基本讀、寫(xiě)函數(shù)。

/*寫(xiě)一個(gè)字，微控制器的A1-》nor的A0，故需要左移一位*/

#define NOR_FLASH_BASE 0X0

void write_word_nor_flash（unsigned int base，unsigned int offset，unsigned int word）

{

Volatile unsigned short * p=（volatile unsigned short *）（base+（offset《《1））;

*p=word;

}

/*寫(xiě)命令*/

void nor_command（unsigned int offset，unsigned int command）

{

write_word_nor_flash（NOR_FLASH_BASE，offset，command）;

}

/* 讀數(shù)據(jù) */

unsigned int read_data_nor_flash（unsigned int base，unsigned int offset）

{

volatile unsigned short * p=（volatile unsigned short *）（base+（offset《《1））;

return *p;

}

unsigned int nor_dat（unsigned int offset）

{

return read_data_nor_flash（NOR_FLASH_BASE， offset）;

}

想要進(jìn)入某種模式，輸入對(duì)應(yīng)的命令即可。注意，像芯片寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的扇區(qū)的初始值一定要是0XFFFF，否則，寫(xiě)無(wú)效 。擦除操作或者是寫(xiě)操作時(shí)，一定要結(jié)合狀態(tài)位來(lái)判斷芯片是否擦除或者是寫(xiě)完成。