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NandFlash系列之一：NorFlash与NandFlash对比

作者：刘洪涛，华清远见嵌入式学院高级讲师。

FLASH存储器又称闪存，主要有两种：NorFlash和NandFlash，下面我们从多个角度来对比介绍一下。在实际开发中，设计者可以根据产品需求来进行闪存的合理选择。

1、接口对比

NorFlash带有通用的SRAM接口，可以轻松地挂接在CPU的地址、数据总线上，对CPU的接口要求低。NorFlash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。如uboot中的ro段可以直接在NorFlash上运行，只需要把rw和zi段拷贝到RAM中运行即可。

NandFlash器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。由于时序较为复杂，所以一般CPU最好集成NAND控制器。另外由于NandFlash没有挂接在地址总线上，所以如果想用NandFlash作为系统的启动盘，就需要CPU具备特殊的功能，如s3c2410在被选择为NandFlash启动方式时会在上电时自动读取NandFlash的4k数据到地址0的SRAM中。如果CPU不具备这种特殊功能，用户不能直接运行NandFlash上的代码，那可以采取其他方式，比如好多使用NandFlash的开发板除了使用NandFlash以外，还用上了一块小的NorFlash来运行启动代码。

2、容量和成本对比

相比起NandFlash来说，NorFlash的容量要小，一般在1~16MByte左右，一些新工艺采用了芯片叠加技术可以把NorFlash的容量做得大一些。在价格方面，NorFlash相比NandFlash来说较高，如目前市场上一片4Mbyte的AM29lv320 NorFlash零售价在20元左右，而一片128MByte的k9f1g08 NandFlash零售价在30元左右。

NandFlash生产过程更为简单，NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量，这样也就相应地降低了价格。

3、可靠性性对比

NAND器件中的坏块是随机分布的，以前也曾有过消除坏块的努力，但发现成品率太低，代价太高，根本不划算。NAND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。而坏块问题在NorFlash上是不存在的。 
在Flash的位翻转（一个bit位发生翻转）现象上，NAND的出现几率要比NorFlash大得多。这个问题在Flash存储关键文件时是致命的，所以在使用NandFlash时建议同时使用EDC/ECC等校验算法。

4、寿命对比

在NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次，而NOR的擦写次数是十万次。闪存的使用寿命同时和文件系统的机制也有关，要求文件系统具有损耗平衡功能。

5、升级对比

NorFlash的升级较为麻烦，因为不同容量的NorFlash的地址线需求不一样，所以在更换不同容量的NorFlash芯片时不方便。通常我们会通过在电路板的地址线上做一些跳接电阻来解决这样的问题，针对不同容量的NorFlash。

而不同容量的NandFlash的接口是固定的，所以升级简单。

6、读写性能对比

写操作：任何flash器件的写入操作都只能在空或已擦除的单元内进行。NAND器件执行擦除操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为1。擦除NOR器件时是以64～128KB的块进行的，执行一个擦除/写入操作的时间约为5s。擦除NAND器件是以8～32KB的块进行的，执行一个擦除/写入操作最多只需要4ms。

读操作：NOR的读速度比NAND稍快一些。

7、文件系统比较

Linux系统中采用MTD来管理不同类型的Flash芯片，包括NandFlash和NorFlash。支持在Flash上运行的常用文件系统有cramfs、jffs、jffs2、yaffs、yaffs2等。cramfs文件系统是只读文件系统。如果想在Flash上实现读写操作，通常在NorFlash上我们会选取jffs及jffs2文件系统，在NandFlash上选用yaffs或yaffs2文件系统。Yaffs2文件系统支持大页（大于512字节/页）的NandFlash存储器。

参考文章：《NAND和NORFLASH技术设计师在使用闪存时需要慎重选择》M-Systems公司 Arie TAL 

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 以镁光MT29F4G08BxB Nand Flash为例，这款Flash（如上图）以4个扇区（sector）组成1个页（page），64个页(page)组成1个块（block），4096个块(block)构成整个Flash存储器；由于每个扇区的容量是512 字节（bytes)，整个Flash容量为4224M Bit（相当于528M字节），去掉备用区域用于存放ECC数据校验16M（虚线部分），就是这个片子的容量512M字节。其他型号的Flash也是同样由扇区组成页、由页组成块、块组成整个存储设备，只是扇区、页、块的数量多少有区别而已。

      在Flash的生产制造过程中，由于生产工艺的缺陷，很容易在Flash中产生不能使用的坏区域，如果在U盘中要使用这样的Flash，就必须使用所谓的“量产工具”；U盘量产工具其实就是一种集坏区域扫描和Flash管理系统装载于一身的工具。常规U盘主控的扫描是以块为单位，扫描即往每一个块里写入数据，然后将读出的数据与写入的数据比较，如果数据有误则把该块标为“坏块”。扫描完成后就是将Flash管理系统装载到Flash里面，Flash管理系统就会利用扫描产生的坏块表对整个Flash进行读写管理，这样就完成了整个量产动作，U盘也就可以正常使用了。所以U盘显示的容量与实际所用的Flash容量差异来源于不能存储信息的坏块和Flash管理系统的占用块。坏块越多，做出的U盘容量越低；而Flash管理系统占用的块是没有办法避免，就像我们的电脑安装操作系统要占用硬盘空间一样。

      当然这里还涉及到一个ECC纠错能力的问题，假设对这个Flash进行扫描的定义的ECC纠错能力为1bit，只有数据出现超过1bit错误的块才会被标记为坏块。这个时候需要区分块纠错和扇区纠错的差别，假设任何一个块里有任何一个扇区（512bytes）存在超出1bit的错误，常规主控在扫描的时候就会判断整个块为坏区域，这样将损失整个块128Kbytes的容量；但是当使用扇区纠错的主控时，同样1bit ECC纠错，他会直接去判断这个块里哪些是超出1bit错误的扇区，从而将其剔除，损失的只是每个真正有错误扇区的512bytes容量，从而保留了其余没有错误的扇区，这样Flash的利用率可以得到极大的提高。