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nand mtd 坏块管理单片机上搭配的SPI NOR FLASH容量告急！扩容新选择

发布时间 : 2025-01-19

作者 : 小编

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单片机上搭配的SPI NOR FLASH容量告急！扩容新选择

　　*为便于理解并省去容量单位转换的麻烦，以下容量单位均使用Byte单位（128Mbit=16MByte）

　　前言：

　　NOR FLASH 是市场上两种主要的非易失闪存技术之一。Intel于1988年首先开发出NOR Flash 技术(实际上是东芝的富士雄率先开发出来的)，彻底改变了原先由EPROM(Erasable Programmable Read-Only-Memory电可编程序只读存储器)和EEPROM(电可擦只读存储器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory)一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了NAND Flash 结构，强调降低每比特的成本，有更高的性能，并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。NOR Flash 的特点是芯片内执行（XIP ，eXecute In Place），这样应用程序可以直接在Flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR 的传输效率很高，在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响到它的性能。NAND的结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于Flash的管理需要特殊的系统接口。通常读取NOR的速度比NAND稍快一些，而NAND的写入速度比NOR快很多，在设计中应该考虑这些情况。

　　正文：

　　随着物联网的兴起，MCU的应用也越来越广泛了，以前基本上用内置的EEPROM或者外置小容量NOR Flash就可以满足大部分需求，随着技术发展和应用要求的提高，逐渐的MCU需要实现的功能也越来越多，实现更多功能的同时需要存储的数据量也在增大，比如系统增大、存储音频、图片（GUI）、视频缓存、协议栈等等…

　　一般情况下NOR FLASH的用户在容量不够用时直接升级为更高一级容量的NOR FLASH 就可以了，不过也有二般情况，由于NOR的单元结构相对较大的原因，当容量达到一定程度时性价比会异常的低，结合生产工艺和目前的市场情况来看，16MB是一个分水岭，比16MB NOR Flash大一级的32MB NOR Flash 的价格相对于16MB NOR Flash 高出一大截，甚至比128MB的NAND Flash还要贵，雪上加霜的是这货供应状况还不佳，即使能接受32MB NOR Flash的价格并且把方案也开发好了，前期调试和试产都通过了，等到正式量产的时候买不到货… 就可能会错过整机产品销售的最佳时机。

　　这个时候有人会说：这些我都知道啊！我也想用NAND Flash啊！不过我的MCU不！支！持！NAND Flash啊！难不成我还要换平台从头再开发？

　　非也，今时不同往日，有个叫SD NAND 的东东可供选择，NAND 架构、SD协议，只要是支持SD2.0 协议的MCU均可以使用。正常情况下使用SPI 模式，如果需要更快的速度并且IO口够用时可以使用SD模式。内置ECC、坏块管理、均衡擦写等等功能，这意味着用户不需要额外写驱动来管理NAND ,当然性能弱的MCU也做不到^^

　　SD NAND的更多信息可以参考下列文章

　　传送门: 技术问答-什么是SD NAND？ (longsto.com)

　　由于SD NAND 存储单元使用的是NAND 架构，所以NAND 持有的基础特性也继承了下来，SD NAND在这个基础上进一步做了优化，使得易用性和应用兼容性上大大提升。

　　我们先看一看NOR 与 NAND的区别都有哪些。

　　1.NOR Flash支持随机访问，所以支持XIP(execute In Place)，NAND Flash需要按块进行读取，所以不支持XIP 。

　　2.NAND FLASH理论读取速度与NOR Flash相近，实际情况会根据接口不同有些差异。

　　3.NOR 与 NAND 写入前都需要先擦除，NOR在擦除时以64～128KB的块进行，执行一个写入/擦除操作的时间约5s，NAND在擦除时以8～32KB的块进行，执行一个写入/擦除操作的时间约4ms。

　　4.NAND 理论最大擦除次数比NOR多

　　5.NOR 驱动比NAND简单，NAND FLASH需要通过专门的NFI（NAND FLASH Interface）与Host端进行通信，驱动相对复杂。

　　6.所有Flash 都会有位反转的问题，NAND 位反转概率要比NOR高，NAND Flash 必须要使用ECC。

　　7.NAND的单元尺寸几乎是NOR器件的一半，所以NAND成本更低。

　　总结： NOR 与 NAND 各有特点，应用场景与应用难度也不同，SD NAND 在保留了NAND架构优质特性的同时改进了不足之处，内置的控制器能自行管理NAND Flash，用户无需在外部处理ECC和进行坏块管理，免去了MTD层，用户不需要写繁琐的驱动代码。这些特性也使得NOR用户升级NAND 成为可能。　

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　　128MB 详情页：128MB SD NAND

　　PS. 除了SD NAND 之外还有一种次选升级方案，那就是使用TF卡，不过这种解决方案需要看具体应用环境。SD NAND 与TF卡对比资料可以参考下列文章，希望大家能找到适合自己的产品。　

　　传送门：SD NAND与TF卡的区别-技术问答 (longsto.com)　　

退路. 如果因为某些原因暂时无法升级SD NAND 时，也可以考虑下列高性价比 NOR FLASH，目前有8MB(64Mbit） 、16MB(128Mbit） 容量可供选择，有兴趣的朋友可以跳转到产品详情页查看。

传送门: 8MB/64Mbit SPI NOR

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NOR Flash 和 NAND Flash 的区别

参考于《ARM嵌入式系统开发典型模块》一书，仅用于笔记学习，如果侵删

Flash Memory是一种非易失性的存储器。

Flash 按照结构可以分为 nor flash 和 nand flash两大类，两者的读取速率差不多。

NOR flash的特点就是芯片内执行，这样应用程序可以直接在 flash 内存内运行，不必再把代码读到系统 RAM 中。nor flash 的传输效率很高，在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。

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。

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。

NAND flash 结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用nand flash 的困难在于flash 的管理和需要的特殊接口。

总结nor flash 和 nand flash的差别在以下的几个方面

1、容量和成本

nor flash 的容量大小为1MB~32MB ,而nand flash 的为16MB~512MB。nand flash 的单元尺寸几乎是nor flash 的一半，由于生产的过程更为简单，因此价格也是相对低。

2、性能差别

（1）nor flash 的读速度比 nand flash稍快一些

（2）nor flash 的写入速度比 nand flash 慢了很多

（3）nand flash 的4ms擦除速度远比nor flash 的5s 快

（4）nand flash 的擦除单元更小，相应的擦除电路也久更小

3、接口差别

nor flash 的接口和RAM一样，而 nand flash 是使用I/O口来串行地存取数据。

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

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：

4、易用性

使用nor flash 的相对简单，可以非常直接地使用基于 nor flash 地内存，可以像其他存储器那样连接，还可以直接在上面运行代码

而使用 nand flash 的话就复杂了，需要I/O接口，必须先写入驱动程序，才可以继续执行其他的操作。

5、耐用性

在nand flash内存中的每个块的最大擦除写次数是100万次，而nor flash 的擦写次数是10万次。

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-LevelCell）、MLC（MulTI-LevelCell）和TLC（Triple-LevelCell）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。每一个存储单元内部通过不同的电压等级来表示其所存储的信息。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00011011四个状态，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。

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。

6、坏块处理

nand flash 器件中的坏处是随机分布的

nand flash 器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块，并将坏块标记为不可用。在已制成的器件中，如果通过可靠的方法不能进行这项处理，将导致高故障率。

7、位交换

所有flash器件都受位交换现象的困扰。在某些情况下(很少见，nand flash发生的次数要比nor flash多)，一个比特位会发生反转或被报告反转了。

一位的变化可能不很明显，但是如果发生在一个关键文件上，这个小小的故障可能导致系统停机。如果只是报告有问题，多读几次就可能解决了。当然，如果这个位真的改变了，就必须采用错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法。位反转的问题更多见于NAND闪存，NAND的供应商建议使用NAND闪存的时候，同时使用EDC/ECC算法。

这个问题对于用NAND存储多媒体信息时倒不是致命的。当然，如果用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其他敏感信息时，必须使用EDC/ECC系统以确保可靠性。

8、主要用途

nor flash常用于保存代码和关键数据。nand flash 用于保存数据。

9、软件支持

当讨论软件支持的时候，应该区别基本的读/写/擦操作和高一级的用于磁盘仿真和闪存管理算法的软件，包括性能优化。

在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持，

在NAND器件上进行同样操作时，通常需要驱动程序，也就是内存技术驱动程序(MTD)，

NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。

使用NOR器件时所需要的MTD要相对少一些，许多厂商都提供用于NOR器件的更高级软件，这其中包括M-System的TrueFFS驱动，该驱动被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等厂商所采用。

驱动还用于对DiskOnChip产品进行仿真和NAND闪存的管理，包括纠错、坏块处理和损耗平衡。

单片机上搭配的SPI NOR FLASH容量告急！扩容新选择

NOR Flash 和 NAND Flash 的区别

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