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。

一、定义及区别

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。

小Z聊固态：解读SSD中的原片白片黑片

2017年以来，固态硬盘行业频频曝出山寨和黑芯等问题，很多山寨厂商为了获取更大利益采用黑片固态硬盘，但消费者却不知道什么是黑片固态硬盘。所以今天笔者从技术层面为大家解读一下闪存颗粒的三种名词的含义。

wafer晶圆

首先我们要了解固态硬盘中的颗粒是怎么来的。简单而言，拥有生产晶圆的厂商生产出一个完整的晶圆，晶圆由纯硅（Si）构成，一般分为 6 英寸、8 英寸、12 英寸规格不等，晶片就是基于晶圆生产出来的。晶圆上的一个小块，就是一个晶片晶圆体，学名叫做 die，封装后就成为一个颗粒，也就是我们固态硬盘中的 Nand Flash 芯片了。

一整块晶圆的形状，里面的方形就是 die。

晶圆首先经过切割，然后测试，将完好的、稳定的、足容量的 die 取下，封装形成日常所见的 Nand Flash 芯片。那么，在晶圆上剩余的，要不就是不稳定或者容量不足，要不就是部分损坏或者完全损坏的。原厂考虑到质量保证，会将这种 die 宣布死亡，严格定义为废品 全部报废处理。

通常来说，一个晶圆经过检测，取下了合格的 die，然后封装成固态硬盘中的闪存颗粒，这种我们称为原片，那么剩下不合格的 die，我们就叫做黑片。原片的价格是非常高的，而黑片作为报废品，价格就非常低，一般不良厂商收购黑片都是成吨计算。

那么"白片"又是什么呢？其实白片就是封装后的原片中再检测到有瑕疵的颗粒，然后淘汰下来的垃圾。正品的 NAND 中是不能有白片的。

所以说，黑片与白片其实都是芯片制造过程中产生的边角料，黑片是在原料阶段就被淘汰的部分，白片则是成品后再检测不合格的瑕疵品。从质量上说，黑片 NAND 是很糟糕的，因为原厂就已经给其判了死刑，只是下游厂将其缩减容量后卖出，也就是阉割，但质量还是很差，购买这种颗粒也等同于赌博。

东芝TR200固态硬盘

原厂东芝Flash颗粒

为此，建议用户在选购固态硬盘时应关注像东芝SSD这样的产品，首先他们本身就是上游原厂厂商，自身有生产和加工晶圆的能力，在Flash原料上独占优势。其次在主控选择上也以稳定为首选，毕竟固态硬盘是存储用户数据的，马虎不得。

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