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。

你了解FLASH吗？

@人人能科普，处处有新知FLASH的发展历史FLASH闪存是是一种非易失性（ Non-Volatile ）内存，其名字有闪耀，闪烁的意思，也体现了其读写快速的特点，“读写过程一闪而过”。

首先简单介绍一下FLASH的发展过程。

1.在计算机的发展初期,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,就不能再作任何修改。并且由于ROM是在生产线上生产的,成本高,一般只用在大批量应用的场合。

2.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)。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。并且其成本比ROM还高,而且写入资料的速度比ROM的速度要慢,一般只适用于少量需求的场合或是ROM量产前的验证。

3.EPROM(Erasable Programmable ROM,可擦除可编程ROM)芯片可重复擦除和写入,解决了ROM、PROM芯片只能写入一次的弊端。EPROM芯片可以重复的擦除和写入，但是EPROM的擦除和写入都需要专用的擦除器和编程器。

4.后来针对EPROM擦除写入必须使用专用设备的弊端，出现了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。

5.FLASH ROM在使用上很类似EEPROM,因此,有些书籍上便把FLASH ROM作为EEPROM的一种，这可以称为广义EEPROM，而狭义的EEPROM则将二者分开。事实上,二者还是有差别的。FLASH ROM在擦除时,也要执行专用的刷新程序,但是在删除资料时,并非以Byte为基本单位,而是以Sector(又称Block)为最小单位,Sector的大小随厂商的不同而有所不同;只有在写入时,才以Byte为最小单位写入; FLASH ROM的存储容量普遍大于EEPROM。

FLASH的一些基本概念。

完整的FLASH芯片称为device一个device可能包含1个或多个die（LUN），die是具备完整flash芯片功能的模块，对比含1个die的device，区别在于没有封装的就是die，封装后的就是device。Die内可以含多个plane，每个plane具备独立的读、写、擦除功能，但多个plane可以公用控制逻辑寄存器，即在die内，可以同时对多个plane进行相同的操作Plane下最小擦除单元就是block，一个block包含多个page，所有串在同样BL下的page组成一个block。

Page是能够执行编程和读操作的最小单元，同一根WL上的所有数据即page，WL即page.Cell是Page中的最小操作擦写读单元，对应一个浮栅晶体管，可以存储1bit或多bit数据。

FLASH层次结构图

根据FLASH内部存储结构划分，可以将FLASH划分为两类：NOR型和NAND型。Intel于1988年首先开发出NOR Flash 技术，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。

从字面意思理解，NOR就是NOT OR，就是或非门，因为对于NOR型FLASH来说，只有当字线和位线都为低时，对应的存储单元的数据才是高。

NAND就是NOT AND，就是与非门，因为只有当字线都为高时，位线才为低。对于什么是位线，什么是字线，请看下面两张图，

WORD对应的就是字线，Bit对应的就是位线。

NOR FLASH结构示意

NAND FLASH结构示意

对于FLASH的操作一般分为读、写、擦除，NOR和NAND型FLASH的操作方式上也是有所差异的。NOR型FLASH，采用的是沟道热电子注入（CHE）的方式来写入数据，F-N隧穿效应来擦除数据。而NAND型FLASH，写入和擦除都是利用F-N隧穿效应来实现的。

F-N隧穿效应涉及到很高深的量子理论，不过这个效应很早就被人发现了，是在1957年被日本人发现的。

NOR FLASH和NAND FLASH由于它们不同的存储结构，也表现出了很多不同的特点：

1、容量和成本NOR FLASH在1～4MB的小 容量时具有很高的成本效益NAND FLASH 在大容量场合单位容量成本低

2、性能差别NOR 擦除和写入慢，读取快，可以直接运行代码，NAND 擦除和写入快，读取慢，需要将程序先读入RAM再执行。

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。

4、易用性nor flash可以直接地使用基于 nor flash 地内存，可以直接在上面运行代码而使用 nand flash需要先写入驱动程序，还要将程序先读入RAM再执行。

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。

6、主要用途两者的差异也就决定了它们的使用范围的不同，在BIOS、穿戴设备、汽车电子等不需要频繁擦除写入，并且容量要求低的场合，多使用NOR FLASH。而在人们常用的U盘、一些工业设备如PLC、HMI等，则一般使用NAND FLASH。综上，可以将二者的差异汇总为如下表格。

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