嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在選擇閃存時(shí)必須考慮很多因素：使用哪種類(lèi)型的閃存架構(gòu)，是選擇串行接口還是并行接口，是否需要糾錯(cuò)碼（ECC）等等。如果處理器或控制器只支持一種類(lèi)型的接口，這會(huì)限制選項(xiàng)，因此內(nèi)存可能很容易選擇。然而，通常情況并非如此。例如，一些FPGA支持串行NOR Flash、并行NOR Flash和NAND Flash存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)配置數(shù)據(jù)。同樣的內(nèi)存可用于存儲(chǔ)用戶(hù)數(shù)據(jù)，這使得選擇合適的內(nèi)存使用變得更加困難。在本系列文章中，將從 NOR 閃存和 NAND 閃存之間的差異開(kāi)始討論閃存的不同方面。

內(nèi)存架構(gòu)

閃存將信息存儲(chǔ)在由浮柵晶體管制成的存儲(chǔ)單元中。這些技術(shù)的名稱(chēng)解釋了存儲(chǔ)單元的組織方式。在 NOR Flash 中，每個(gè)存儲(chǔ)單元的一端連接到源極線，另一端直接連接到類(lèi)似于或非門(mén)的位線。在 NAND 閃存中，多個(gè)存儲(chǔ)單元（通常為八個(gè)單元）串聯(lián)連接，類(lèi)似于與非門(mén)（見(jiàn)圖 1）。

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圖 1：NOR 閃存（左）具有類(lèi)似于或非門(mén)的架構(gòu)。同樣，NAND Flash（右）類(lèi)似于 NAND 門(mén)。（）

NOR 閃存架構(gòu)提供足夠的地址線來(lái)映射整個(gè)內(nèi)存范圍。這提供了隨機(jī)訪問(wèn)和讀取時(shí)間短的優(yōu)勢(shì)，使其成為代碼執(zhí)行的理想選擇。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是在部件的使用壽命內(nèi) 100% 已知良好位。缺點(diǎn)包括更大的單元尺寸導(dǎo)致更高的每比特成本和更慢的寫(xiě)入和擦除速度。有關(guān)如何在嵌入式系統(tǒng)中使用 NOR 閃存的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱并行 NOR 閃存概述。

相比之下，與 NOR 閃存相比，NAND 閃存具有更小的單元尺寸和更高的寫(xiě)入和擦除速度。缺點(diǎn)包括讀取速度較慢和I/O映射類(lèi)型或間接接口，更復(fù)雜且不允許隨機(jī)訪問(wèn)。重要的是要注意，從 NAND 閃存執(zhí)行代碼是通過(guò)將內(nèi)容映射到 RAM 來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這與直接從 NOR 閃存執(zhí)行代碼不同。另一個(gè)主要缺點(diǎn)是存在壞塊。NAND 閃存在出廠時(shí)通常有 98% 的好位，并且在部件的使用壽命期間會(huì)出現(xiàn)額外的位故障，因此需要在設(shè)備中提供糾錯(cuò)碼 (ECC) 功能。

內(nèi)存容量

與 NOR 閃存相比，NAND 閃存的密度要高得多，這主要是因?yàn)槠涿课怀杀据^低。NAND 閃存通常具有 1Gb 到 16Gb 的容量。NOR 閃存的密度范圍從 64Mb 到 2Gb。由于密度較高，NAND 閃存主要用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用。

擦除、讀取和寫(xiě)入

在 NOR 和 NAND 閃存中，存儲(chǔ)器被組織成擦除塊。這種架構(gòu)有助于在保持性能的同時(shí)保持較低的成本。例如，較小的塊大小可實(shí)現(xiàn)更快的擦除周期。然而，較小塊的缺點(diǎn)是芯片面積和內(nèi)存成本增加。由于每位成本較低，與 NOR 閃存相比，NAND 閃存可以更經(jīng)濟(jì)高效地支持更小的擦除塊。目前可用的典型塊大小范圍為 NAND 閃存 8KB 至 32KB 和 NOR 閃存 64KB 至 256KB。

NAND Flash 中的擦除操作非常簡(jiǎn)單，而 NOR Flash 中的每個(gè)字節(jié)都需要寫(xiě)入'0'才能被擦除。這使得 NOR Flash 的擦除操作比 NAND Flash 慢得多。例如，S34ML04G2 賽普拉斯 NAND 閃存需要 3.5 毫秒來(lái)擦除一個(gè) 128KB 的塊，而S70GL02GT賽普拉斯 NOR 閃存需要大約 520 毫秒來(lái)擦除一個(gè)類(lèi)似的 128KB 扇區(qū)。這是將近150倍的差距。

如前所述，NOR Flash 內(nèi)存有足夠的地址和數(shù)據(jù)線來(lái)映射整個(gè)內(nèi)存區(qū)域，類(lèi)似于 SRAM 的操作方式。例如，具有 16 位數(shù)據(jù)總線的 2-Gbit (256MB) NOR 閃存將具有 27 條地址線，支持對(duì)任何內(nèi)存位置的隨機(jī)讀取訪問(wèn)。在 NAND 閃存中，使用多路復(fù)用地址和數(shù)據(jù)總線訪問(wèn)內(nèi)存。典型的 NAND 閃存使用 8 位或 16 位多路復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線和附加信號(hào)，例如芯片啟用、寫(xiě)入啟用、讀取啟用、地址鎖存啟用、命令鎖存啟用和就緒/忙碌。NAND Flash 需要提供命令（讀、寫(xiě)或擦除），然后是地址和數(shù)據(jù)。這些額外的操作使得 NAND Flash 的隨機(jī)讀取速度變慢了很多。例如，S34ML04G2 NAND 閃存需要 30μS，而 S70GL02GT NOR 閃存需要 120ns。

為了克服或減少較慢讀取速度的限制，內(nèi)存通常作為 NAND 閃存中的頁(yè)面讀取，每個(gè)頁(yè)面都是擦除塊的較小細(xì)分。一頁(yè)的內(nèi)容僅在每個(gè)讀取周期開(kāi)始時(shí)按地址和命令周期順序讀取。NAND 閃存的順序訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間通常低于 NOR 閃存設(shè)備中的隨機(jī)訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間。NOR Flash 的隨機(jī)訪問(wèn)架構(gòu)，需要在每個(gè)讀取周期切換地址線，從而累積順序讀取的隨機(jī)訪問(wèn)。隨著要讀取的數(shù)據(jù)塊大小的增加，NOR Flash 中的累積延遲變得大于 NAND Flash。因此，NAND 閃存可以更快地進(jìn)行順序讀取。然而，由于 NAND Flash 的初始讀取訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間要長(zhǎng)得多，

在這兩種閃存技術(shù)中，只有當(dāng)塊為空時(shí)才能將數(shù)據(jù)寫(xiě)入塊。NOR Flash 本來(lái)就很慢的擦除操作使得寫(xiě)入操作更慢。在NAND Flash中，與讀取類(lèi)似，數(shù)據(jù)通常以頁(yè)（通常為2KB）為單位寫(xiě)入或編程。例如，使用 S34ML04G2 NAND 閃存單獨(dú)寫(xiě)入一個(gè)頁(yè)面需要 300μS。

為了加快寫(xiě)入操作，現(xiàn)代 NOR 閃存還采用類(lèi)似于頁(yè)面寫(xiě)入的緩沖區(qū)編程。例如，S70GL02GT NOR Flash 支持緩沖區(qū)編程，支持多字節(jié)編程，具有類(lèi)似的單字寫(xiě)入超時(shí)。例如，對(duì) 512 字節(jié)數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)編程可以實(shí)現(xiàn) 1.14MBps 的吞吐量。

能量消耗

在初始通電期間，NOR 閃存通常需要比 NAND 閃存更多的電流。然而，NOR Flash 的待機(jī)電流遠(yuǎn)低于 NAND Flash。兩種閃存的瞬時(shí)有功功率相當(dāng)。因此，有功功率由存儲(chǔ)器處于活動(dòng)狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間決定。NOR 閃存在隨機(jī)讀取方面具有優(yōu)勢(shì)，而 NAND 閃存在擦除、寫(xiě)入和順序讀取操作方面的功耗相對(duì)較低。

可靠性

保存數(shù)據(jù)的可靠性是任何存儲(chǔ)設(shè)備的一個(gè)重要方面。閃存存在一種稱(chēng)為位翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，其中某些位可能會(huì)反轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象在NAND Flash中比在NOR Flash中更常見(jiàn)。出于成品率方面的考慮，NAND 閃存隨附隨機(jī)散布的壞塊。隨著擦除和編程循環(huán)在 NAND 閃存的整個(gè)生命周期中持續(xù)進(jìn)行，更多的存儲(chǔ)單元會(huì)壞掉。因此，壞塊處理是 NAND 閃存的強(qiáng)制性功能。另一方面，NOR 閃存出廠時(shí)壞塊為零，在內(nèi)存的使用壽命期間壞塊累積非常低。因此，在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠性方面，NOR Flash比NAND Flash更有優(yōu)勢(shì)。

數(shù)據(jù)保留

可靠性的另一個(gè)方面是數(shù)據(jù)保留，NOR Flash 在這方面再次占據(jù)優(yōu)勢(shì)。S70GL02GT NOR 閃存提供 20 年的數(shù)據(jù)保留，多 1K 次編程/擦除周期。S34ML04G2 NAND 閃存提供 10 年的典型數(shù)據(jù)保留期。

編程和擦除周期的數(shù)量曾經(jīng)是一個(gè)需要考慮的重要特性。這是因?yàn)榕c NOR 閃存相比，NAND 閃存過(guò)去提供的編程和擦除周期要好 10 倍。隨著今天的技術(shù)進(jìn)步，這不再是事實(shí)，因?yàn)楝F(xiàn)在兩種記憶都具有可比性。例如，S70GL02GT NOR 和 S34ML04G2 NAND 都支持 100,000 個(gè)編程擦除周期。然而，由于 NAND 閃存中使用的塊尺寸較小，因此每次操作擦除的區(qū)域較小。與 NOR 閃存相比，這導(dǎo)致了更長(zhǎng)的整體壽命。

表 1 總結(jié)了本文中討論的主要方面。

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表 1：NOR Flash 和 NAND Flash 的主要特性比較圖，一般比較圖和具體比較圖。（）

Nand 和 Nor 閃存有什么區(qū)別？

一般而言，NOR 閃存是需要較低容量、快速隨機(jī)讀取訪問(wèn)和較高數(shù)據(jù)可靠性（例如代碼執(zhí)行所需）的應(yīng)用的選擇。就其本身而言，NAND 閃存非常適合需要更高內(nèi)存容量和更快寫(xiě)入和擦除操作的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等應(yīng)用。

在本系列的下一篇文章中，我們將重點(diǎn)介紹不同類(lèi)型 NOR 閃存設(shè)備的電氣接口，以及這如何影響設(shè)備選擇和設(shè)計(jì)。