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rawfs nand flash 闪存芯片NOR Flash，NAND Flash傻傻分不清楚 ICMAX帮你搞定

发布时间 : 2024-11-23

作者 : 小编

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闪存芯片NOR Flash、NAND Flash傻傻分不清楚 ICMAX帮你搞定

通过前天的文章介绍，我们知道eMMC 是 Flash Memory 的一类，eMMC的内部组成是NAND flash+主控IC，那什么是Flash Memory、NOR Flash、NAND Flash，宏旺半导体就和大家好好捋一捋它们几者之间的关系。

Flash Memory 是一种非易失性的存储器。在嵌入式系统中通常用于存放系统、应用和数据等。在 PC 系统中，则主要用在固态硬盘以及主板 BIOS 中。另外，绝大部分的 U 盘、SDCard 等移动存储设备也都是使用 Flash Memory 作为存储介质。

1. Flash Memory 的主要特性

与传统的硬盘存储器相比，Flash Memory 具有质量轻、能耗低、体积小、抗震能力强等的优点，但也有不少局限性，主要如下：

需要先擦除再写入

Flash Memory 写入数据时有一定的限制，它只能将当前为 1 的比特改写为 0，而无法将已经为 0 的比特改写为 1，只有在擦除的操作中，才能把整块的比特改写为 1。

块擦除次数有限

Flash Memory 的每个数据块都有擦除次数的限制（十万到百万次不等），擦写超过一定次数后，该数据块将无法可靠存储数据，成为坏块。

为了最大化的延长 Flash Memory 的寿命，在软件上需要做擦写均衡（Wear Leveling），通过分散写入、动态映射等手段均衡使用各个数据块。同时，软件还需要进行坏块管理（Bad Block Management，BBM），标识坏块，不让坏块参与数据存储。（注：除了擦写导致的坏块外，Flash Memory 在生产过程也会产生坏块，即固有坏块。）

读写干扰

由于硬件实现上的物理特性，Flash Memory 在进行读写操作时，有可能会导致邻近的其他比特发生位翻转，导致数据异常，这种异常可以通过重新擦除来恢复，Flash Memory 应用中通常会使用 ECC 等算法进行错误检测和数据修正。

电荷泄漏

存储在 Flash Memory 存储单元的电荷，如果长期没有使用，会发生电荷泄漏，导致数据错误，不过这个时间比较长，一般十年左右，此种异常是非永久性的，重新擦除可以恢复。

2. NOR Flash 和 NAND Flash

根据硬件上存储原理的不同，Flash Memory 主要可以分为 NOR Flash 和 NAND Flash 两类。主要的差异如下所示：

· NAND Flash 读取速度与 NOR Flash 相近，根据接口的不同有所差异；

· NAND Flash 的写入速度比 NOR Flash 快很多；

· NAND Flash 的擦除速度比 NOR Flash 快很多；

· NAND Flash 最大擦次数比 NOR Flash 多；

· NOR Flash 支持片上执行，可以在上面直接运行代码；

· NOR Flash 软件驱动比 NAND Flash 简单；

· NOR Flash 可以随机按字节读取数据，NAND Flash 需要按块进行读取。

· 大容量下 NAND Flash 比 NOR Flash 成本要低很多，体积也更小；

（注：NOR Flash 和 NAND Flash 的擦除都是按块块进行的，执行一个擦除或者写入操作时，NOR Flash 大约需要 5s，而 NAND Flash 通常不超过 4ms。）

2.1 NOR Flash

NOR Flash 根据与 CPU 端接口的不同，可以分为 Parallel NOR Flash 和 Serial NOR Flash 两类。

Parallel NOR Flash 可以接入到 Host 的 SRAM/DRAM Controller 上，所存储的内容可以直接映射到 CPU 地址空间，不需要拷贝到 RAM 中即可被 CPU 访问，因而支持片上执行。Serial NOR Flash 的成本比 Parallel NOR Flash 低，主要通过 SPI 接口与 Host 连接。

图片： Parallel NOR Flash 与 Serial NOR Flash

鉴于 NOR Flash 擦写速度慢，成本高等特性，NOR Flash 主要应用于小容量、内容更新少的场景，例如 PC 主板 BIOS、路由器系统存储等。

2.2 NAND Flash

NAND Flash 需要通过专门的 NFI（NAND Flash Interface）与 Host 端进行通信，如下图所示：

图片：NAND Flash Interface

NAND Flash 根据每个存储单元内存储比特个数的不同，可以分为 SLC（Single-Level Cell）、MLC（Multi-Level Cell）和 TLC（Triple-Level Cell）三类。其中，在一个存储单元中，SLC 可以存储 1 个比特，MLC 可以存储 2 个比特，TLC 则可以存储 3 个比特。

NAND Flash 的一个存储单元内部，是通过不同的电压等级，来表示其所存储的信息的。在 SLC 中，存储单元的电压被分为两个等级，分别表示 0 和 1 两个状态，即 1 个比特。在 MLC 中，存储单元的电压则被分为 4 个等级，分别表示 00 01 10 11 四个状态，即 2 个比特位。同理，在 TLC 中，存储单元的电压被分为 8 个等级，存储 3 个比特信息。

图片： SLC、MLC 与 TLC

NAND Flash 的单个存储单元存储的比特位越多，读写性能会越差，寿命也越短，但是成本会更低。下图中，给出了特定工艺和技术水平下的成本和寿命数据。

相比于 NOR Flash，NAND Flash 写入性能好，大容量下成本低。目前，绝大部分手机和平板等移动设备中所使用的 eMMC 内部的 Flash Memory 都属于 NAND Flash，PC 中的固态硬盘中也是使用 NAND Flash。

3. Raw Flash 和 Managed Flash

由于 Flash Memory 存在按块擦写、擦写次数的限制、读写干扰、电荷泄露等的局限，为了最大程度的发挥 Flash Memory 的价值，通常需要有一个特殊的软件层次，实现坏块管理、擦写均衡、ECC、垃圾回收等的功能，这一个软件层次称为 FTL（Flash Translation Layer）。

在具体实现中，根据 FTL 所在的位置的不同，可以把 Flash Memory 分为 Raw Flash 和 Managed Flash 两类。

图片： Raw Flash 和 Managed Flash

Raw Flash

在此类应用中，在 Host 端通常有专门的 FTL 或者 Flash 文件系统来实现坏块管理、擦写均衡等的功能。Host 端的软件复杂度较高，但是整体方案的成本较低，常用于价格敏感的嵌入式产品中。通常我们所说的 NOR Flash 和 NAND Flash 都属于这类型。

Managed Flash

Managed Flash 在其内部集成了 Flash Controller，用于完成擦写均衡、坏块管理、ECC校验等功能。相比于直接将 Flash 接入到 Host 端，Managed Flash 屏蔽了 Flash 的物理特性，对 Host 提供标准化的接口，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 Flash 进行特殊的处理。eMMC、SD Card、UFS、U 盘等产品是属于 Managed Flash 这一类。

看完这篇文章，相信对Flash memory都会有一个全面的了解，无论是其原理，还是NOR Flash 和 NAND Flash、Raw Flash 和 Managed Flash 之间的异同，欢迎关注宏旺半导体，会持续带来存储领域更专业的文章。

摄影学习小Tip：相机存储卡要怎么选？

入坑摄影摄像学习，不仅熟悉器材是一个必须的过程，作为存储照片/视频素材的介质——存储卡的选择也是非常有学问的。如今的单反、微单相机，普遍使用SD卡作为存储介质，相对于早期的CF卡，不仅容量更高、体积更小巧，而且价格也更便宜，还有着极高的通用性。但这并不意味着，随便一张SD卡就能满足现代摄影、摄像的需求。

存储卡容量多大够用？

现在的相机成像元件的像素数量越来越高，这就意味着拍摄出照片的分辨率也就越来越大，占用存储卡的空间也就越来越大。例如索尼A7m3全画幅微单相机，使用超精细画质拍摄JPG照片体积可达到11.4MB，而无压缩的RAW文件体积更高达24.3MB！如果拍摄4K3FPS的超高清视频，文件体积也更大。

一张高容量的存储卡，能够保证你在拍摄时不会因为存储空间不足而错失任何一个珍贵的画面。例如三星最新的PROUltimateSD卡，提供了64GB、128GB、256GB和512GB四种容量，如果是以拍摄照片为主，可以考虑64GB或者128GB，如果经常要拍摄4K视频，那就建议256GB起步了。

存储卡的速度有多重要？

除了容量，存储卡的速度也是要考虑的重要因素，它直接影响拍摄效率和数据传输速度。我们拍摄单张照片可能感受不到存储卡速度的影响，但如果是拍摄体育、婚礼现场的高速连拍，以及4K超高清视频拍摄，就会有较为直观的感受了。同样以三星PRO Ultimate SD卡为例，它支持U3、V30的速度等级，这是什么概念？

从下表可知，U3是拍摄速度等级，V30是视频速度等级，它们都对应着30MB/s最低写入速度，V30等级就满足4K 30FPS的超高清视频拍摄需求。而三星PRO Ultimate SD最高写入速度达到了130MB/s，已经超过了V60的速度等级，因此还可以尝试用它来拍摄4K 60FPS甚至8K 30FPS的超高清视频。

除此之外，三星PRO UltimateSD卡的读取速度高达200MB/s，这意味着这张卡片不仅能够支持连续高速连拍和4K视频录制，还能大幅缩短将照片从相机转移到电脑的时间，这对于需要快速处理大量素材的摄影师来说至关重要。

存储卡的可靠性也要重视

除了容量和速度这两项刚需参数，存储卡的选购还要考虑可靠性，所以一定要选择知名品牌的产品，在品质控制和售后服务上都有良好的口碑。三星PROULtimate SD卡的核心元件采用三星原厂NAND FLASH闪存芯片和主控芯片，不仅品质出众，还提供了10年的超长质保，彰显品牌和技术实力，可靠性非常有保障。

除此之外，三星PRO UltimateSD卡还拥有出色的防水、防摔、防震、防磁、耐高低温、耐插拔磨损和防X射线等特性，在户外复杂环境也能稳定可靠地保存珍贵影像，并能从容应对各种突发意外。

一张优秀的存储卡就如同摄影师的忠实伙伴，虽然同时满足高性能、高容量和高可靠性的存储卡价格相对较高，但考虑到后续的拍摄强度的增加和长期使用的可靠性，这是一项值得的投资，让每一个精彩瞬间的都能被完整的记忆。暑期既是旅游旺季，也是摄影的最佳季节，入手一张三星PRO Ultimate SD卡，一起走上行摄之旅吧。

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