uClinux系统平台下的Flash存储技术
在过去的二十年里,ROM和EPROM一直是嵌入式系统的存储设备的首选。但是,今天越来越多的嵌入式系统设计者采用Flash这种可读写的存储设备进行设计开发。
Flash存储技术
在过去的二十年里,ROM和EPROM一直是嵌入式系统的存储设备的首选。但是,今天越来越多的嵌入式系统设计者采用Flash这种可读写的存储设备进行设计开发。
Flash主要分为NOR和NAND两类。NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR Flash技术,彻底改变了原先由EPROM和EEPROM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,更高的性能,并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。
NOR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闪存中运行,而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了它的性能。
NAND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。但应用NAND的困难在于Flash的管理需要特殊的系统接口。
但是历经十多年之后,仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR和NAND闪存。因为大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码,这时NOR闪存更适合一些。“Flash存储器”便经常与“NOR存储器”互换使用。但NAND则是高数据存储密度的理想解决方案。
下面对二者作较为详细的比较:
性能比较
Flash闪存是非易失存储器,可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何Flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行,所以大多数情况下,在进行写入操作之前必须先执行擦除。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0。
由于擦除NOR器件时是以64~128KB的块进行的,执行一个写入/擦除操作的时间为5s,与此相反,擦除NAND器件是以8~32KB的块进行的,执行相同的操作最多只需要4ms。
执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NADN之间的性能差距,统计表明,对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时),更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进行。这样,当选择存储解决方案时,设计师必须权衡以下的各项因素。
● NOR的读速度比NAND稍快一些。
● NAND的写入速度比NOR快很多。
● NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。
● 大多数写入操作需要先进行擦除操作。
● NAND的擦除单元更小,相应的擦除电路更少。
接口差别
NOR Flash带有SRAM接口,有足够的地址引脚来寻址,可以很容易地存取其内部的
每一个字节。
NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据,各个产品或厂商的方法可能各不相同。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。
NAND读和写操作采用512字节的块,这一点有点像硬盘管理此类操作,很自然地,基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。
容量和成本
NAND Flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半,由于生产过程更为简单,NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量,也就相应地降低了价格。
NOR Flash占据了容量为1~16MB闪存市场的大部分,而NAND Flash只是用在8~128MB的产品当中,这也说明NOR主要应用在代码存储介质中,NAND适合于数据存储,NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存储卡市场上所占份额最大。
可靠性和耐用性
采用Flash介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性。对于需要扩展MTBF的系统来说,Flash是非常合适的存储方案。可以从寿命(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较NOR和NAND的可靠性。
寿命(耐用性)
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。NAND存储器除了具有10比1的块擦除周期优势,典型的NAND块尺寸要比NOR器件小8倍,每个NAND存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。
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发生的次数要比NOR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/E
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