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。

这里主要重点讲的是emmc 和Nand flash 之间的区别，主要区别如下：

(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。

佰维针对数据写入密集型车载应用，推出C1008系列SSD

在汽车电动化、网联化、智能化、共享化的浪潮下，不少车型都具备自适应巡航、前向碰撞报警、智能车速辅助、车道偏移预警、驾驶员状态监控、泊车辅助等ADAS功能，其中车载数据的增长、蔓延与流动加剧了数据管理的挑战。近日，佰维针对车载监控录像设备、轨道交通安全行驶监测设备等数据写入密集型应用，推出了3.84TB大容量SSD——C1008系列 ，该款SSD是公司2019年发布的C1004 系列的升级产品。佰维C1008 系列SSD遵循SATA 6Gbps接口规范，采用3D TLC闪存颗粒，提供500GB、960GB、1.92TB、3.84TB多种容量选择，顺序读取速度高达560MB/s ，且具备全盘稳定写入 、擦写寿命超过3000P/E 、“固件算法+钽电容”双重断电保护 以及芯片层级加固技术 等优势。

佰维C1008系列产品特点：

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多路线、长时间、高清视频数据持续写入，如何保证数据记录的完整性与可靠性？佰维C1008在GC垃圾回收机制 等方面进行固件的多重优化，减少GC阶段时延，有效保障数据的持续写入稳定性。在24路摄像头50轮全盘录像测试中，产品视频数据持续写入稳定，全程无丢帧。此外，在FIO测试中，产品全盘写入速度保持在470MB/s 以上。

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佰维C1008采用“固件算法+钽电容 ”双重断电保护方案：产品内置电源侦测芯片实时监控供电情况，一旦发现异常立即启用断电保护模块，利用钽电容储存的电量持续供电，为 DRAM 中缓存的数据可靠地传输到闪存提供充足的时间，确保固件程序安全，进而确保存储数据安全。同时，该产品通过电源兼容性、电源变换的动态响应能力、输入不同电压的稳定性等方面的测试验证，能适应复杂供电环境下高于传统5V（±10%）的电压波动。

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佰维C1008从芯片开始进行点胶加固处理 ，并通过1500G的抗冲击测试和最高2000Hz频率的振动测试，防止芯片在高振动、强冲击应用环境下松动或虚焊。同时，佰维C1008支持-20℃~70℃ 工作温度，可承受极端温度所导致的热涨冷缩变化，内部电气变化以及物理特性变化等，产品保有高稳定性和高效能表现。

佰维C1008系列SSD兼具稳定读写、高擦写寿命、大容量、断电保护、强固设计等技术优势，支持数据写入密集型车载应用长时间稳定工作，典型应用于安防监控、轨道交通、DVR(硬盘录像机)、工控机IPC等领域。未来，公司将持续基于自身的研发-封测制造一体化 优势，为细分应用定制行业级存储解决方案，满足客户“千端千面”存储需求。

关于佰维

深圳佰维存储科技股份有限公司（下称“公司”）成立于2010年，公司专注于存储芯片研发与封测制造，是国家高新技术企业，国家级专精特新小巨人企业，并获得国家大基金战略投资（第二大股东）。公司整合了存储介质特性研究、固件算法开发、存储器设计与仿真、封装测试、测试设备研发与算法开发、品牌运营等，从而构筑了局部一体化的经营模式，立足中国，服务全球。公司存储芯片产品广泛应用于移动智能终端、PC、行业终端、数据中心、智能汽车、移动存储等信息技术领域，是国内率先进入全球科技巨头供应链体系的存储器企业。

凭借优异的综合竞争力，公司荣获国家级“专精特新小巨人企业”、“国家高新技术企业”、“十大最佳国产芯片厂商”、“广东省复杂存储芯片研发及封装测试工程技术研究中心”、“省级重点IC项目（佰维惠州科技园区，2018年）”、“深圳市知名品牌”、“海关AEO高级认证企业”等称号；产品获得“中国IC设计成就奖年度最佳存储器”、“全球电子成就奖年度最佳存储器”等荣誉。

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