Flash,EEPROM,EMMC,ISSD,NAND课件.ppt

Flash,EEPROM，EMMC，ISSD，NAND,MAR.7th 2016IP3:Tracy.Li,2018/9/2,深圳英众世纪智能科技有限公司 上海英众信息科技有限公司,2018/9/2,深圳英众世纪智能科技有限公司 上海英众信息科技有限公司,Flash,闪存的英文名称是“Flash Memory“，一般简称为“Flash“，它属于内存器件的一种 不过闪存的物理特性与常见的内存有根本性的差异： 目前各类 DDR 、 SDRAM 或者 RDRAM 都属于挥发性内存，只要停止电流供应内存中的数据便无法保持，因此每次电脑开机都需要把数据重新载入内存； 闪存则是一种不挥发性（ Non-Volatile ）内存，在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据，其存储特性相当于硬盘，这项特性正是闪存得以成为各类便携型数字设备的存储介质的基础 NAND 闪存的存储单元则采用串行结构，存储单元的读写是以页和块为单位来进行（一页包含若干字节，若干页则组成储存块， NAND 的存储块大小为 8 到 32KB ），这种结构最大的优点在于容量可以做得很大，超过 512MB 容量的 NAND 产品相当普遍， NAND 闪存的成本较低，有利于大规模普及。

2018/9/2,深圳英众世纪智能科技有限公司 上海英众信息科技有限公司,NAND 闪存的缺点在于读速度较慢，它的 I/O 端口只有 8 个，比 NOR 要少多了这区区 8 个 I/O 端口只能以信号轮流传送的方式完成数据的传送，速度要比 NOR 闪存的并行传输模式慢得多再加上 NAND 闪存的逻辑为电子盘模块结构，内部不存在专门的存储控制器，一旦出现数据坏块将无法修，可靠性较 NOR 闪存要差 NAND 闪存被广泛用于移动存储、数码相机、 MP3 播放器、掌上电脑等新兴数字设备中由于受到数码设备强劲发展的带动， NAND 闪存一直呈现指数级的超高速增长.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但是经过了十多年之后,仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR和NAND闪存2018/9/2,深圳英众世纪智能科技有限公司 上海英众信息科技有限公司,相“flash存储器”经常可以与相“NOR存储器”互换使用。

许多业内人士也搞不清楚NAND闪存技术相对于NOR技术的优越之处,因为大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码,这时NOR闪存更适合一些而NAND则是高数据存储密度的理想解决方案 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应用NAND的困难在于flash的管理和需要特殊的系统接口2018/9/2,深圳英众世纪智能科技有限公司 上海英众信息科技有限公司,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2018/9/2,深圳英众世纪智能科技有限公司 上海英众信息科技有限公司,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。

2018/9/2,深圳英众世纪智能科技有限公司 上海英众信息科技有限公司,可靠性和耐用性采用flahs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2018/9/2,深圳英众世纪智能科技有限公司 上海英众信息科技有限公司,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/ECC系统以确保可靠性2018/9/2,深圳英众世纪智能科技有限公司 上海英众信息科技有限公司,坏块处理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 易于使用可以非常直接地使用基于NOR的闪存,可以像其他存储器那样连接,并可以在上面直接运行代码由于需要I/O接口,NAND要复杂得多各种NAND器件的存取方法因厂家而异在使用NAND器件时,必须先写入驱动程序,才能继续执行其他操作向NAND器件写入信息需要相当的技巧,因为设计师绝不能向坏块写入,这就意味着在NAND器件上自始至终都必须进行虚拟映射2018/9/2,深圳英众世纪智能科技有限公司 上海英众信息科技有限公司,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2018/9/2,深圳英众世纪智能科技有限公司 上海英众信息科技有限公司,EEPROM,EEPROM，或写作E2PROM，全称电子抹除式可复写只读存储器 （英语：Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory），是一种可以通过电子方式多次复写的半导体存储设备，可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息，重新编程相比EPROM，EEPROM不需要用紫外线照射，也不需取下，就可以用特定的电压，来抹除芯片上的信息，以便写入新的数据。

2018/9/2,深圳英众世纪智能科技有限公司 上海英众信息科技有限公司,基本原理,由EPROM操作的不便，后来出的主板上BIOS ROM芯片大部分都采用EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM，电可擦除可编程ROM）EEPROM的擦除不需要借助于其它设备，它是以电子信号来修改其内容的，而且是以Byte为最小修改单位，不必将资料全部洗掉才能写入，彻底摆脱了EPROM Eraser和编程器的束缚 EEPROM在写入数据时，仍要利用一定的编程电压，此时，只需用厂商提供的专用刷新程序就可以轻而易举地改写内容，所以，它属于双电压芯片借助于EEPROM芯片的双电压特性，可以使BIOS具有良好的防毒功能，在升级时，把跳线开关打至“off”的位置，即给芯片加上相应的编程电压，就可以方便地升级；平时使用时，则把跳线开关打至“ON”的位置，防止CIH类的病毒对BIOS芯片的非法修改所以，至今仍有不少主板采用EEPROM作为BIOS芯片并作为自己主板的一大特色2018/9/2,深圳英众世纪智能科技有限公司 上海英众信息科技有限公司,发展背景,在微机的发展初期，BIOS都存放在ROM（Read Only Memory，只读存储器）中。

ROM内部的资料是在ROM的制造工序中，在工厂里用特殊的方法被烧录进去的，其中的内容只能读不能改，一旦烧录进去，用户只能验证写入的资料是否正确，不能再作任何修改如果发现资料有任何错误，则只有舍弃不用，重新订做一份ROM是在生产线上生产的，由于成本高，一般只用在大批量应用的场合EEPROM由于ROM制造和升级的不便，后来人们发明了PROM（Programmable ROM，可编程ROM）最初从工厂中制作完成的PROM内部并没有资料，用户可以用专用的编程器将自己的资料写入，但是这种机会只有一次，一旦写入后也无法修改，若是出了错误，已写入的芯片只能报废PROM的特性和ROM相同，但是其成本比ROM高，而且写入资料的速度比ROM的量产速度要慢，一般只适用于少量需求的场合或是ROM量产前的验证2018/9/2,深圳英众世纪智能科技有限公司 上海英众信息科技有限公司,EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可编程ROM）芯片可重复擦除和写入，解决了PROM芯片只能写入一次的弊端EPROM芯片有一个很明显的特征，在其正面的陶瓷封装上，开有一个玻璃窗口，透过该窗口，可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯片就可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操作要用到EPROM擦除器。

EPROM内资料的写入要用专用的编程器，并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压（VPP=12~24V，随不同的芯片型号而定）EPROM的型号是以27开头的，如27C020（8*256K）是一片2M Bits容量的EPROM芯片EPROM芯片在写入资料后，还要以不透光的贴纸或胶布把窗口封住，以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。