NOR Flash

NOR Flash是現(xiàn)在市場(chǎng)上兩種主要的非易失閃存技術(shù)之一。Intel于1988年首先開發(fā)出NOR Flash 技術(shù)，徹底改變了原先由EPROM（Erasable Programmable Read-Only-Memory電可編程序只讀存儲(chǔ)器）和EEPROM（電可擦只讀存儲(chǔ)器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory）一統(tǒng)天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發(fā)表了NAND Flash 結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)降低每比特的成本，有更高的性能，并且像磁盤一樣可以通過接口輕松升級(jí)。NOR Flash 的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP ，eXecute In Place），這樣應(yīng)用程序可以直接在Flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR 的傳輸效率很高，在1~4MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響到它的性能。NAND的結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于Flash的管理需要特殊的系統(tǒng)接口。

性能比較

flash閃存是非易失存儲(chǔ)器，可以對(duì)稱為塊的存儲(chǔ)器單元塊進(jìn)行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進(jìn)行，所以大多數(shù)情況下，在進(jìn)行寫入操作之前必須先執(zhí)行擦除。NAND器件執(zhí)行擦除操作是十分簡(jiǎn)單的，而NOR則要求在進(jìn)行擦除前先要將目標(biāo)塊內(nèi)所有的位都寫為0。

由于擦除NOR器件時(shí)是以64～128KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行一個(gè)寫入/擦除操作的時(shí)間為5s，與此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。

執(zhí)行擦除時(shí)塊尺寸的不同進(jìn)一步拉大了NOR和NAND之間的性能差距，統(tǒng)計(jì)表明，對(duì)于給定的一套寫入操作（尤其是更新小文件時(shí)），更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進(jìn)行。這樣，當(dāng)選擇存儲(chǔ)解決方案時(shí)，設(shè)計(jì)師必須權(quán)衡以下的各項(xiàng)因素。

l 、NOR的讀速度比NAND稍快一些。

2、 NAND的寫入速度比NOR快很多。

3 、NAND的4ms擦除速度遠(yuǎn)比NOR的5s快。

4 、大多數(shù)寫入操作需要先進(jìn)行擦除操作。

5 、NAND的擦除單元更小，相應(yīng)的擦除電路更少。

此外，NAND的實(shí)際應(yīng)用方式要比NOR復(fù)雜的多。NOR可以直接使用，并可在上面直接運(yùn)行代碼；而NAND需要I/O接口，因此使用時(shí)需要驅(qū)動(dòng)程序。不過當(dāng)今流行的操作系統(tǒng)對(duì)NAND結(jié)構(gòu)的Flash都有支持。此外，Linux內(nèi)核也提供了對(duì)NAND結(jié)構(gòu)的Flash的支持。

詳解

NOR和NAND是現(xiàn)在市場(chǎng)上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。Intel于1988年首先開發(fā)出NOR flash技術(shù)，徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統(tǒng)天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發(fā)表了NAND flash結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盤一樣可以通過接口輕松升級(jí)。但是經(jīng)過了十多年之后，仍然有相當(dāng)多的硬件工程師分不清NOR和NAND閃存。

像“flash存儲(chǔ)器”經(jīng)常可以與相“NOR存儲(chǔ)器”互換使用。許多業(yè)內(nèi)人士也搞不清楚NAND閃存技術(shù)相對(duì)于NOR技術(shù)的優(yōu)越之處，因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下閃存只是用來存儲(chǔ)少量的代碼，這時(shí)NOR閃存更適合一些。而NAND則是高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度的理想解決方案。

NOR的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP， eXecute In Place），這樣應(yīng)用程序可以直接在flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。

NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于flash的管理需要特殊的系統(tǒng)接口。

接口差別

NOR flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引腳來尋址，可以很容易地存取其內(nèi)部的每一個(gè)字節(jié)。

NAND器件使用復(fù)雜的I/O口來串行地存取數(shù)據(jù)，各個(gè)產(chǎn)品或廠商的方法可能各不相同。8個(gè)引腳用來傳送控制、地址和數(shù)據(jù)信息。

NAND讀和寫操作采用512字節(jié)的塊，這一點(diǎn)有點(diǎn)像硬盤管理此類操作，很自然地，基于NAND的存儲(chǔ)器就可以取代硬盤或其他塊設(shè)備。

容量成本編輯

NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半，由于生產(chǎn)過程更為簡(jiǎn)單，NAND結(jié)構(gòu)可以在給定的模具尺寸內(nèi)提供更高的容量，也就相應(yīng)地降低了價(jià)格。

NOR flash占據(jù)了容量為1～16MB閃存市場(chǎng)的大部分，而NAND flash只是用在8～128MB的產(chǎn)品當(dāng)中，這也說明NOR主要應(yīng)用在代碼存儲(chǔ)介質(zhì)中，NAND適合于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC（多媒體存儲(chǔ)卡Multi Media Card）存儲(chǔ)卡市場(chǎng)上所占份額最大。

可靠耐用

采用flash介質(zhì)時(shí)一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的問題是可靠性。對(duì)于需要擴(kuò)展MTBF（平均故障間隔時(shí)間Mean Time Between Failures）的系統(tǒng)來說，F(xiàn)lash是非常合適的存儲(chǔ)方案?？梢詮膲勖陀眯裕?、位交換和壞塊處理三個(gè)方面來比較NOR和NAND的可靠性。

壽命（耐用性）

在NAND閃存中每個(gè)塊的最大擦寫次數(shù)是一百萬(wàn)次，而NOR的擦寫次數(shù)是十萬(wàn)次。NAND存儲(chǔ)器除了具有10比1的塊擦除周期優(yōu)勢(shì)，典型的NAND塊尺寸為NOR器件的八分之一，每個(gè)NAND存儲(chǔ)器塊在給定的時(shí)間內(nèi)的刪除次數(shù)要少一些。

.NorFlash簡(jiǎn)單來說與sdram與Nand的中間品，它能像sdram一樣直接讀，但是又得像nand一樣編程擦寫。因此程序可以直接在nor里跑，速度要比sdram慢一些，往nor里寫數(shù)據(jù)必須先擦除，因?yàn)閚or的每一位只能由1變?yōu)?。Nor可讀不可直接寫的特性可以被用來判斷是Nor啟動(dòng)還是nand啟動(dòng)，因?yàn)閚and啟動(dòng)的話前4K是可寫的，我們寫入數(shù)據(jù)再讀取出來應(yīng)該是沒有問題的，而nor啟動(dòng)的話，讀出的數(shù)據(jù)必然是錯(cuò)誤的。

NorFlash的硬件接線：

首先，如果做過sdram實(shí)驗(yàn)的朋友應(yīng)該知道，NorFlash與sdram很相似，只不過sdram位寬為32，NOR為16。在硬件連接上，Nor的地址線與cpu的地址線錯(cuò)開1位，sdram錯(cuò)開2位。簡(jiǎn)單分析一下：

32位的CPU地址線為32位，每一個(gè)地址對(duì)應(yīng)1個(gè)byte，地址的步長(zhǎng)為1byte

0x0000 0000 對(duì)應(yīng)第1個(gè)地址空間 大小為1bytes

0x0000 0001 對(duì)應(yīng) 2 大小為1bytes

依次類推。。.

可以理解為cpu的地址類型 為 u8 * addraddr+1 移動(dòng)1個(gè)字節(jié)

32位的sdram，每一個(gè)地址對(duì)應(yīng)于4個(gè)byte，地址步長(zhǎng)為4byte

0x0000 0000 對(duì)應(yīng)第1個(gè)地址空間 大小為4bytes

0x0000 0001 對(duì)應(yīng) 2 大小為4bytes

依次類推。。.

可以理解為sdram的地址類型 為 u32 * addraddr+1 移動(dòng)4個(gè)字節(jié)

16位的nor，每一個(gè)地址對(duì)應(yīng)于2個(gè)byte，地址步長(zhǎng)為2byte

0x0000 0000 對(duì)應(yīng)第1個(gè)地址空間 大小為2bytes

0x0000 0001 對(duì)應(yīng) 2 大小為2bytes

依次類推。。.

可以理解為nor的地址類型 為 u16 * addraddr+1 移動(dòng)2個(gè)字節(jié)

因此，CPU的地址與它們的地址是錯(cuò)位的。

CPU的4個(gè)連續(xù)地址 如 0 1 2 3 均對(duì)應(yīng)于sdram的 0地址

CPU的2個(gè)連續(xù)地址 如 0 1 均對(duì)應(yīng)于nor 的 0地址

假如我想取sdram 0地址的 第二個(gè)byte 地址如何寫？對(duì)于sdram和nor具體的每一個(gè)byte是無法尋址的呀，但是arm有一個(gè)叫存儲(chǔ)管理器的東西，它大概會(huì)幫我們實(shí)現(xiàn)單字節(jié)的讀寫，至于sdram和nor支不支持單字節(jié)讀寫，我們后邊在分析。

NorFlash的軟件設(shè)置：

需要像初始化sdram一樣，設(shè)置Bank寄存器，主要是一些時(shí)序圖的時(shí)間大小。

位寬在BWSCON寄存器中設(shè)置，不過它是由硬件決定的，bank0的位寬，我們撥動(dòng)開關(guān)選擇nor啟動(dòng)還是nand啟動(dòng)的時(shí)候，它就已經(jīng)確定了。

NorFlash信息：

我這款Nor大小為2M，32個(gè)Block，每個(gè)block分為16個(gè)sector，一個(gè)sector為4K，具體信息如下圖。

NorFlash寫、擦除、讀芯片ID：

Nor可以像sdram一樣直接讀取，對(duì)于其它的操作，例如寫、擦除、讀信息等需要寫特定的Date到特定的Addr。

這里尤其需要注意的是，Addr指的是nor地址線上看到的地址，相對(duì)于cpu也就是我們寫程序的時(shí)候，需要將addr《《1，這樣cpu錯(cuò)位的地址線發(fā)出的地址正好對(duì)上nor需求的地址。

對(duì)于擦除操作，nor支持按block、sector或者整片的擦除，整個(gè)擦除需要6個(gè)周期，以按sector擦除為例，前五個(gè)周期為往XXX里寫XXX，最后一個(gè)周期將0X30寫入要擦除的sector對(duì)應(yīng)的首地址即可。

對(duì)于寫操作，需要4個(gè)周期，前3個(gè)周期往XXX里寫XXX，最后一個(gè)周期將Data寫入addr，這里需要注意的是addr必須是半字對(duì)齊，data也要求為16bit。

對(duì)于讀取信息的操作，主要是讀ID的操作，前3個(gè)周期往XXX里寫XXX，第四個(gè)周期去讀特定的地址，對(duì)于DeviceID來說，A1-A19=0，A0=1，對(duì)于CPU來說就是0x1《《1.

NorFlash的等待：

NorFlash有三種方式，1中讀硬件引腳，另外兩種讀地址線，主要用讀地址線的兩種方式。

1、Toggle

連續(xù)讀兩次相同地址的數(shù)據(jù)，看DQ6是否相等，相等則擦除或?qū)懲瓿?/p>

2、polling

讀數(shù)據(jù)，看DQ7是否正確，正確則擦除完成。如果擦除的話DQ7應(yīng)該等于1，寫操作的話，對(duì)比數(shù)據(jù)的第7位。

還有，很重要的一點(diǎn)：

經(jīng)過我的測(cè)試，sdram的單字節(jié)讀取沒有問題，但是Nor單字節(jié)讀取的時(shí)候，讀出的數(shù)據(jù)并不正確。比如我在0x00地址處寫入了0xff11，單字節(jié)讀取0x0理論上應(yīng)該得到0x11，而我在實(shí)際實(shí)驗(yàn)的時(shí)候得到的卻是0xff。也就是說nor在存儲(chǔ)半字?jǐn)?shù)據(jù)的時(shí)候高8位于低8位互換了。

［cpp］ view plain copy

#include “uart.h”

#define MAIN_SECT_SIZE （4*1024） /* 4 KB */

#define CMD_UNLOCK1 0x000000AA

#define CMD_UNLOCK2 0x00000055

#define CMD_ERASE_SETUP 0x00000080

#define CMD_ERASE_CONFIRM 0x00000030

#define CMD_PROGRAM 0x000000A0

#define MEM_FLASH_ADDR1 （*（volatile U16 *）（0x000005555 《《 1））

#define MEM_FLASH_ADDR2 （*（volatile U16 *）（0x000002AAA 《《 1））

#define U16 unsigned short

#define U32 unsigned long

#define U8 unsigned char

int write_hword （U32 dest， U16 data）;

typedef struct {

U32 size; /* total bank size in bytes */

U16 sector_count; /* number of erase units */

U32 flash_id; /* combined device & manufacturer code */

U32 start［512］; /* physical sector start addresses */

} flash_info_t;

/*-----------------------------------------------------------------------*/

void flash_id（）{

MEM_FLASH_ADDR1 = CMD_UNLOCK1;

MEM_FLASH_ADDR2 = CMD_UNLOCK2;

MEM_FLASH_ADDR1 = 0x00000090;

print（“Manufacturer ID ：%x\r\n”，*（（U16 *）0x00））;

MEM_FLASH_ADDR1 = CMD_UNLOCK1;

MEM_FLASH_ADDR2 = CMD_UNLOCK2;

MEM_FLASH_ADDR1 = 0x00000090;

print（“Device ID ：%x\r\n”，*（（U16 *）（0x01《《1）））;

}

void flash_init （） //計(jì)算總大小，每個(gè)sector的起始地址

{

flash_id（）;

//print（“flash init OK\r\n”）;

print（“*（（U32 *）0x32000000） = 0x00001100\r\n”）;

*（（U32 *）0x32000000） = 0x00001100;

print（“U8 0x32000001 == %x\r\n”，*（（U8 *）0x32000001））;

*（（U8 *）0x32000003） = 0xff;

print（“*（（U8 *）0x32000003） = 0xff\r\n”）;

print（“now the U32 0x32000000 should be 0xff001100\r\n”）;

print（“U32 0x32000000 = %x\r\n”，*（（U32 *）0x32000000））;

print（“U8 0x32000000 = %x\r\n”，*（（U8 *）0x32000000））;

print（“U8 0x32000001 = %x\r\n”，*（（U8 *）0x32000001））;

print（“U8 0x32000002 = %x\r\n”，*（（U8 *）0x32000002））;

print（“U8 0x32000003 = %x\r\n”，*（（U8 *）0x32000003））;

if（flash_erase（0，1） == 0）

print（“erase OK\r\n”）;

U32 a = 0x00001c15;

U16 b = 0x11ff;

write_hword（a，b）;

print（“*（U32 *0x00001c15） == 0x11ff\r\n”）;

print（“U8 0x1c15 = %x\r\n”，*（（U8 *）0x1c15））;

print（“U8 0x1c16 = %x\r\n”，*（（U8 *）0x1c16））;

print（“U16 0x1c15 = %x\r\n”，*（（U16 *）0x1c15））;

if（write_buff（（1024*20），0，（7*1024）） == 0）

print（“write OK\r\n”）;

}

int flash_erase （int s_first， int s_last）

{

int i，j;

U32 size = 0;

flash_info_t flash_info;

for （i = 0; i 《 1; i++） {

U32 flashbase = 0;

flash_info.size = 2*1024*1024;

flash_info.sector_count = 512;

flashbase = 0;

for （j = 0; j 《 flash_info.sector_count; j++） {

flash_info.start［j］ =

flashbase + （j） * MAIN_SECT_SIZE;

//print（“%d \t：%d\r\n”，j，flash_info.start［j］）;

}

}

int sect;

unsigned short temp;

/* Start erase on unprotected sectors */

for （sect = s_first; sect 《= s_last; sect++） {

print （“Erasing sector %d 。。. \r\n”， sect+1）;

volatile U16 * addr = （volatile U16 *）（flash_info.start［sect］）;

MEM_FLASH_ADDR1 = CMD_UNLOCK1;

MEM_FLASH_ADDR2 = CMD_UNLOCK2;

MEM_FLASH_ADDR1 = CMD_ERASE_SETUP;

MEM_FLASH_ADDR1 = CMD_UNLOCK1;

MEM_FLASH_ADDR2 = CMD_UNLOCK2;

*addr = CMD_ERASE_CONFIRM;

print（“wait\r\n”）;

while（1）{

temp = （*addr） & 0x40; // 0100 0000 DQ6

if（temp ！= （*addr） & 0x40） //DQ6

continue;

if（*addr & 0x80） //dq7 ==1

break;

}

}

return 0;

}

//寫16位數(shù)據(jù)，地址應(yīng)該是16位對(duì)齊的。

int write_hword （U32 dest， U16 data）

{

//print（“now to write %d\r\n”，dest）;

int rc;

volatile U16 *addr = （volatile U16 *）dest;

U16 result;

//Check if Flash is （sufficiently） erased

result = *addr;

if （（result & data） ！= data）

return 1;

MEM_FLASH_ADDR1 = CMD_UNLOCK1;

MEM_FLASH_ADDR2 = CMD_UNLOCK2;

MEM_FLASH_ADDR1 = CMD_PROGRAM;

*addr = data;

while（1）{

unsigned short i = *addr & 0x40;

if（i ！= （*addr & 0x40）） //D6 == D6

continue;

if（（*addr & 0x80） == （data & 0x80））{

rc = 0;

break; //D7 == D7

}

}

//print（“write %d OK\r\n”，dest）;

return rc;

}

int write_buff （U32 src， U32 addr， U32 len）

{

int rc;

U16 data; //16Bit？

if（addr % 2）{

print（“addr is not for 16bit align\n”）;

return 1;

}

while （len 》= 2） {

data = *（（volatile U16 *） src）;

if （（rc = write_hword （addr， data）） ！= 0） {

return （rc）;

}

src += 2;

addr += 2;

len -= 2;

}

return 0;

}