存储芯片 emmc、Nand flash、Nor flash之间有什么区别

随着存储领域的发展，有很多不同的存储介质，今天ICMAX就带大家来分一分emmc、Nand flash、Nor flash之间的区别。

emmc：全称为embeded MultiMedia Card，是一种嵌入式非易失性存储器系统，由Nand flash和Nand flash控制器组成，以BGA方式封装在一款chip上。

Nand flash：一种存储数据介质；若要读取其中的数据，需要外接的主控电路。

Nor flash：也是一种存储介质；它的存储空间一般比较小，但它可以不用初始化，可以在其内部运行程序，一般在其存储一些初始化内存的固件代码。

(1) 在组成结构上：emmc存储芯片简化了存储器的设计，将NAND Flash芯片和控制芯片以MCP技术封装在一起，省去零组件耗用电路板的面积，同时也让手机厂商或是计算机厂商在设计新产品时的便利性大大提高。而NAND Flash仅仅只是一块存储设备，若要进行数据传输的话，只能通过主机端的控制器来进行操作，两者的结构图如下：

(2) 在功能上：eMMC则在其内部集成了 Flash Controller，包括了协议、擦写均衡、坏块管理、ECC校验、电源管理、时钟管理、数据存取等功能。相比于直接将NAND Flash接入到Host 端，eMMC屏蔽了 NAND Flash 的物理特性，可以减少 Host 端软件的复杂度，让 Host 端专注于上层业务，省去对 NAND Flash 进行特殊的处理。同时，eMMC通过使用Cache、Memory Array 等技术，在读写性能上也比 NAND Flash要好很多。而NAND Flash 是直接接入 Host 端的，Host 端通常需要有 NAND Flash Translation Layer，即 NFTL 或者 NAND Flash 文件系统来做坏块管理、ECC等的功能。另一方面，emmc的读写速度也比NAND Flash的读写速度快，emmc的读写可高达每秒50MB到100MB以上；

二、emmc的初始化和数据通信

emmc与主机之间通信的结构图：

其中包括Card Interface（CMD，DATA，CLK）、Memory core interface、总线接口控制（Card Interface Controller）、电源控制、寄存器组。

图中寄存器组的功能见下表：

CID: 卡身份识别寄存器 128bit,只读， 厂家号，产品号，串号，生产日期。

RCA: 卡地址寄存器，可写的16bit寄存器，存有Device identification模式由host分配的通信地址，host会在代码里面记录这个地址，MMC则存入RCA寄存器，默认值为0x0001。保留0x0000以用来将all device设置为等待CMD7命令状态。

CSD: 卡专有数据寄存器部分可读写128bit，卡容量，最大传输速率，读写操作的最大电流、电压，读写擦出块的最大长度等。

SCR: 卡配置寄存器， 可写的 64bit 是否用Security特性(LINUX不支持)，以及数据位宽（1bit或4bit）。

OCR: 卡操作电压寄存器 32位， 只读，每隔0.1V占1位， 第31位卡上电过程是否完成。

（5）Device Identification Mode和初始化

MMC通过发CMD的方式来实现卡的初始化和数据通信

Device Identification Mode包括3个阶段Idle State、Ready State、Identification State。

Idle State下，eMMC Device会进行内部初始化，Host需要持续发送CMD1命令，查询eMMC Device是否已经完成初始化，同时进行工作电压和寻址模式协商：eMMC Device 在接收到这些信息后，会将OCR的内容（MMC出厂就烧录在里面的卡的操作电压值）通过 Response 返回给 Host，其中包含了 eMMC Device 是否完成初始化的标志位、设备工作电压范围 Voltage Range 和存储访问模式 Memory Access Mode 信息。

如果 eMMC Devcie 和 Host 所支持的工作电压和寻址模式不匹配，那么 eMMC Device 会进入Inactive State。

Ready State，MMC完成初始化后，就会进入该阶段。

在该 State 下，Host 会发送 CMD2命令，获取eMMC Device 的CID。

CID，即 Device identification number，用于标识一个 eMMC Device。它包含了 eMMC Device 的制造商、OEM、设备名称、设备序列号、生产年份等信息，每一个 eMMC Device 的 CID 都是唯一的，不会与其他的 eMMC Device 完全相同。

eMMC Device 接收到CMD2后，会将 127 Bits 的CID的内容通过 Response返回给 Host。

Identification State，发送完 CID 后，eMMC Device就会进入该阶段。

Host 会发送参数包含 16 Bits RCA 的CMD3命令，为eMMC Device 分配 RCA。设定完 RCA 后，eMMC Devcie 就完成了 Devcie Identification，进入 Data Transfer Mode。

注：emmc初始化和数据通信的过程，有点类似USB协议，USB控制器去发送请求给USB设备，以IN包和OUT包的形式去建立与USB设备之间的通信，默认状态下，USB设备也是0地址的，与控制器分配设备地址。（感兴趣的可以看一下USB2.0的协议，主要是第8和9章内容）

三、eMMC工作电压和上电过程

根据工作电压的不同，MMC卡可以分为两类：

High Voltage MultiMediaCard，工作电压为3.3V左右。

Dual Voltage MultiMediaCard，工作电压有两种，1.70V~1.95V和2.7V~3.6V，CPU可以根据需要切换

我所使用的eMMC实测工作电压VCC为2.80V~2.96V，VCCQ为1.70V~1.82V。

其中VCC为MMC Controller/Flash Controller的供电电压，VCCQ为Memory和Controller之间I/O的供电。

上电初始化阶段MMC时钟频率为400KHz，需要等电压调整到它要求的VCC时（host去获取OCR中记录的电压值，上面有说），MMC时钟才会调整到更高的正常工作频率。

SD NAND与eMMC优劣势对比

　　最近我们接触到一些客户，本来客户计划使用eMMC，但总觉得哪里不满意。后来跟客户做了深入沟通。你们真实的想要什么样的eMMC呢？他们给出的答案有：尺寸最小的eMMC; 最方便焊接的eMMC; 最小容量的eMMC; pin脚最少的eMMC; 功耗最低的eMMC; 擦写寿命最长的eMMC; 使用SLC NAND 晶圆的eMMC; 性能最稳定的eMMC等。

　　我们根据客户的要求进行了分析，觉得CS创世 SD NAND更适合这些客户。CS创世 SD NAND是迷你型eMMC; 6*8mm 尺寸小巧; 容量最小128MB,成本更优; 8pin脚,方便焊接; 内置SLC晶圆,10万次擦写寿命; 兼容SDIO,即贴即用; SD NAND和 eMMC在架构上，类似亲兄弟，都是内置NAND Flash晶圆+NAND Flash控制器+Firmware。

　　关于CS创世 SD NAND详细信息可以参考链接：http://www.longsto.com/product/31.html。那SD NAND和eMMC又有哪些不一样呢？在这里把CS创世 SD NAND和eMMC特性列出来：

　　可以看到客户有如下需求时，选择SD NAND会比eMMC更合适一些:

　　1：需要芯片尺寸小。贴片式SD卡是 6*8mm；eMMC是11.5*13mm；

　　关于它们的尺寸大小和封装，给大家看一张这个产品实物图的对比（从左往右）

　　2：要求小容量。SD NAND是128MB-4GB；eMMC容量≥16GB；

　　3：要求擦写寿命长，耐擦写。SD NAND是内置SLC NAND Flash晶圆,擦写次数可以达到5~10万次； eMMC使用MLC晶圆，擦写寿命3千次 （非主流），TLC晶圆，擦写寿命一般是500次左右（主流）。

　　4：要求方便焊接，pin脚少的。 SD NAND LGA-8封装，机贴手帖都方便； eMMC是153 Ball，BGA封装，焊接难度加大了不少。

　　5： 客户采用的CPU本身不支持eMMC接口，又需要大容量存储。这点在MCU平台上经常会碰到。这时候CS创世 SD NAND是不二选择 。

　　6：对PCB板层数要求比较少。很多客户做一些类似玩具，小家电等产品。基本上2层板就够用了。如果这个时候使用eMMC，那PCB板至少要变成4层。会增加硬件的布线难度和PCB的成本。

　　那什么情况下使用eMMC比较合适呢？

　　1，容量需求比较大。>= 8GB时。

　　2，主控支持eMMC。

　　3，PCB板面积够大且层数> 4层。使用eMMC，需要预留11.5*13mm的空间‘PCB至少4层板，需要埋盲孔；BGA 153个ball，0.5mm的pin间距。

　　想了解CS创世 SD NAND更多信息，请点击链接:http://www.longsto.com/product/31.html。

　　亲爱的卡友们，欢迎光临雷龙官网，如果看完文章之后还是有疑惑或不懂的地方，请联系我们，自己去理解或猜答案是件很累的事，请把最麻烦的事情交给我们来处理，术业有专攻，闻道有先后，雷龙发展专注存储行业13年，专业提供小容量闪存解决方案。

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