本文主要是關于nand和nor的相關介紹，并著重對nand和nor進行了詳盡的對比區分。

NOR Flash

它是現在市場上兩種主要的非易失閃存技術之一。Intel于1988年首先開發出NOR Flash 技術，徹底改變了原先由EPROM（Erasable Programmable Read-Only-Memory電可編程序只讀存儲器）和EEPROM（電可擦只讀存儲器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory）一統天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發表了NAND Flash 結構，強調降低每比特的成本，有更高的性能，并且像磁盤一樣可以通過接口輕松升級。NOR Flash 的特點是芯片內執行（XIP ，eXecute In Place），這樣應用程序可以直接在Flash閃存內運行，不必再把代碼讀到系統RAM中。NOR 的傳輸效率很高，在1~4MB的小容量時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的結構能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應用NAND的困難在于Flash的管理需要特殊的系統接口。通常讀取NOR的速度比NAND稍快一些，而NAND的寫入速度比NOR快很多，在設計中應該考慮這些情況。——《ARM嵌入式Linux系統開發從入門到精通》 李亞峰 歐文盛 等編著 清華大學出版社 P52 注釋 API Key

NOR和NAND是現在市場上兩種主要的非易失閃存技術。Intel于1988年首先開發出NOR flash技術，徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發表了NAND flash結構，強調降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盤一樣可以通過接口輕松升級。但是經過了十多年之后，仍然有相當多的硬件工程師分不清NOR和NAND閃存。

像“flash存儲器”經常可以與相“NOR存儲器”互換使用。許多業內人士也搞不清楚NAND閃存技術相對于NOR技術的優越之處，因為大多數情況下閃存只是用來存儲少量的代碼，這時NOR閃存更適合一些。而NAND則是高數據存儲密度的理想解決方案。

NOR的特點是芯片內執行（XIP， eXecute In Place），這樣應用程序可以直接在flash閃存內運行，不必再把代碼讀到系統RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時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結構能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應用NAND的困難在于flash的管理需要特殊的系統接口。

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部的每一個字節。

NAND器件使用復雜的I/O口來串行地存取數據，各個產品或廠商的方法可能各不相同。8個引腳用來傳送控制、地址和數據信息。

NAND讀和寫操作采用512字節的塊，這一點有點像硬盤管理此類操作，很自然地，基于NAND的存儲器就可以取代硬盤或其他塊設備。

容量成本

NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半，由于生產過程更為簡單，NAND結構可以在給定的模具尺寸內提供更高的容量，也就相應地降低了價格。

NOR flash占據了容量為1～16MB閃存市場的大部分，而NAND flash只是用在8～128MB的產品當中，這也說明NOR主要應用在代碼存儲介質中，NAND適合于數據存儲，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC（多媒體存儲卡Multi Media Card）存儲卡市場上所占份額最大。

nand和nor區別

閃存芯片讀寫的基本單位不同

應用程序對NOR芯片操作以“字”為基本單位。為了方便對大容量NOR閃存的管理，通常將NOR閃存分成大小為128KB或者64KB的邏輯塊，有時候塊內還分成扇區。讀寫時需要同時指定邏輯塊號和塊內偏移。應用程序對NAND芯片操作是以“塊”為基本單位。NAND閃存的塊比較小，一般是8KB，然后每塊又分成頁，頁的大小一般是512字節。要修改NAND芯片中一個字節，必須重寫整個數據塊。

2）NOR閃存是隨機存儲介質，用于數據量較小的場合；NAND閃存是連續存儲介質，適合存放大的數據。

3） 由于NOR地址線和數據線分開，所以NOR芯片可以像SRAM一樣連在數據線上。NOR芯片的使用也類似于通常的內存芯片，它的傳輸效率很高，可執行程序可以在芯片內執行（ XI P， eXecute In Place），這樣應用程序可以直接在flash閃存內運行，不必再把代碼 讀到系統RAM中。由于NOR的這個特點，嵌入式系統中經常將NOR芯片做啟動芯片使用。而NAND共用地址和數據總線，需要額外聯結一些控制的輸入輸出，所以直接將NAND芯片做啟動芯片比較難。

4） N AN D閃存芯片因為共用地址和數據總線的原因，不允許對一個字節甚至一個塊進行的數據清空，只能對一個固定大小的區域進行清零操作；而NOR芯片可以對字進行操作。所以在處理小數據量的I/O操作的時候的速度要快與NAND的速度。比如一塊NOR芯片通 常寫一個字需要10微秒，那么在32位總線上寫512字節需要1280毫秒；而NAND閃存寫512字節需要的時間包括：512×每字節50納秒+10微秒的尋頁時間+200微秒的片擦寫時間＝234微秒。

5）NAND閃存的容量比較大，目前最大容量己經達到8G字節。為了方便管理，NAND的存儲空間使用了塊和頁兩級存儲體系，也就是說閃存的存儲空間是二維的，比如K9F5608UOA閃存塊的大小為16K，每頁的大小是512字節，每頁還16字節空閑區用來存放錯誤校驗碼空間（有時也稱為out-of-band，OOB空間）；在進行寫操作的時候NAND閃存每次將一個字節的數據放入內部的緩存區，然后再發出“寫指令”進行寫操作。由于對NAND閃存的操作都是以塊和頁為單位的，所以在向NAND閃存進行大量數據的讀寫時，NAND的速度要快于NOR閃存。

6）NOR閃存的可靠性要高于NAND閃存，這主要是因為NOR型閃存的接口簡單，數據操作少，位交換操作少，因此可靠性高，極少出現壞區塊，因而一般用在對可靠性要求高的地方。相反的，NAND型閃存接口和操作均相對復雜，位交換操作也很多，關鍵性數據更是需安錯誤探測/錯誤更正〔EDC/ECC）算法來確保數據的完整性，因此出現問題的幾率要大得多，壞區塊也是不可避免的，而且由于壞區塊是隨機分布的，連糾錯也無法做到。

7）NAND Flash一般地址線和數據線共用，對讀寫速度有一定影響；而NOR Flash閃存數據線和地址線分開，所以相對而言讀寫速度快一些。

NAND和NOR芯片的共性首先表現在向芯片中寫數據必須先將芯片中對應的內容清空，然后再寫入，也就是通常說的“先擦后寫”。只不過NOR芯片只用擦寫一個字，而NAND需要擦寫整個塊。其次，閃存擦寫的次數都是有限的。當閃存的使用接近使用壽命的時候，經常會出現寫操作失敗；到達使用壽命時，閃存內部存放的數據雖然可以讀，但是不能再進行寫操作了所以為了防止上面問題的發生，不能對某個特定的區域反復進行寫操作。通常NAND的可擦寫次數高于NOR芯片，但是由于NAND通常是整塊擦寫，塊內的頁面中如果有一位失效整個塊就會失效，而且由于擦寫過程復雜，失敗的概率相對較高，所以從整體上來說NOR的壽命較長。

另一個共性是閃存的讀寫操作不僅僅是一個物理操作，實際上在閃存上存放數據必須使用算法實現，這個模塊一般在驅動程序的MTD‘ （Memory Technology Drivers）模塊中或者在FTLZ （Flash Translation Layer）層內實現，具體算法和芯片的生產廠商以及芯片型號有關系。

從使用角度來看，NOR閃存與NAND閃存是各有特點的：（1）NOR的存儲密度低，所以存儲一個字節的成本也較高，而NAND閃存的存儲密度和存儲容量均比較高；（2）NAND型閃存在擦、寫文件（特別是連續的大文件）時速度非常快，非常適用于順序讀取的場合，而NOR的讀取速度很快，在隨機存取的應用中有良好的表現。 NOR與NAND各有所長，但兩種優勢無法在一個芯片上得到體現。所以，設計人員在選用芯片時，只能趨其利而避其害，依照使用目的和主要功能在兩者之間進行適當的選擇。

NAND與NOR技術的比較

一般的原則是：在大容量的多媒體應用中選用NAND型閃存，而在數據/程序存貯應用中選用NOR型閃存。根據這一原則，設計人員也可以把兩種閃存芯片結合起來使用，用NOR芯片存儲程序，用NAND芯片存儲數據，使兩種閃存的優勢互補。事實上，這種聰明的設計早已普遍應用于手機、PocketPC、PDA及電子詞典等設備中了。

在選擇存儲解決方案時，設計師必須在多種因素之間進行權衡，以獲得較高的性價比。以手機為例，采用支持XIP技術的NOR閃存能夠直接運行OS，速度很快，既簡化了設計，又降低了成本，所以許多手機都采用NOR＋RAM的設計。NOR閃存的不足之處是存儲密度較低，所以也有采用NAND＋RAM的設計。對于這兩種方案，很難說哪一種更好，因為我們不能離開具體的產品而從某一個方面單純地去評價。追求小巧優雅的手機將需要NOR閃存支持；追求大存儲容量的手機則將更多地選擇NAND閃存；而同時追求功能和速度的手機則會采用NOR＋NAND＋RAM的設計，這種取長補短的設計能夠發揮NOR和NAND各自的優勢。

除了速度、存儲密度的因素，設計師在選擇閃存芯片時，還需要考慮接口設計、即插即用設計和驅動程序等諸多問題，因為兩種類型的閃存在上述幾個方面也有很多的不同。譬如在驅動程序方面，NOR器件運行代碼不需要任何的軟件支持，而在NAND器件上進行同樣操作時就需要存儲技術驅動程序（MTD）的支持。雖然NAND和NOR器件在進行寫入和擦除操作時都需要MTD，但對于NAND來說驅動程序的開發難度更大，因為NAND閃存的糾錯和壞塊處理功能都需要通過驅動程序來實現。

使用性差異

在使用性上體現出的差異也是與NOR和NAND自身的架構設計分不開的，首先在接口方面，NOR的設計有明顯的傳統閃存的特征，因此實際應用起來相對于NAND全新的復雜I/O設計要容易得多。而且，在使用NAND閃存時，必須先寫入驅動程序，才能繼續執行其他操作。

其次，在可重復擦寫的能力方面，NAND的每塊可擦寫次數在10萬至100萬次之間，NOR則只是它的1/10，而且NAND的每個擦除塊的容量也只有NOR的1/8至1/2，這就表明，每個塊的擦寫的頻率要少于NOR閃存，從而有助于延長使用壽命。在數據的保存時間上，兩者都差不多，為10年的水平。

不過，由于串聯的架構，NAND的晶體管之間更容易造成影響，使邏輯0變成邏輯1，并且也很難發現出問題的晶體管，這種現象可稱為位翻轉（Bit-Flipping），這就需要動用EDC/ECC（錯誤檢測碼/錯誤修正碼）來進行校正，這方面的問題NOR則較少出現。

另外，NAND在使用中還存在著壞塊管理的問題，在NAND閃存中，由于壞塊是隨機分布的，因此需要進行掃描并將壞塊打上標記，就像對付硬盤中的壞扇區一樣。目前的產品中，可最多允許出現80個壞塊。壞塊的存在使得向NAND閃存寫入信息需要相當的技巧，因為設計師絕不能向壞塊寫入，這就意味著在NAND閃存上自始至終都必須進行虛擬映射。

在軟件支持程度方面，應該區別基本的讀/寫/擦操作和高一級的用于磁盤仿真和閃存管理算法的軟件，包括性能優化。

在NOR閃存上運行代碼不需要任何的軟件支持，在NAND閃存上進行同樣操作時，通常需要驅動程序，也就是內存技術驅動程序（MTD），NAND和NOR閃存在進行寫入和擦除操作時都需要MTD。

使用NOR閃存時所需要的MTD要相對少一些，許多廠商都提供用于NOR閃存的更高級軟件，這其中包括M-System的TrueFFS驅動，該驅動被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等廠商所采用。

Linux-Nor Flash驅動分析

一、Linux Flash驅動結構

1、Linux MTD系統層次

在Linux系統中，提供了MTD（內存技術設備）系統來建立Flash針對Linux的統一、抽象的接口。

在引入MTD后，Linux系統中Flash設備驅動及接口可分為4層，從上到下依次是：設備節點、MTD設備層、MTD原始設備層和硬件驅動層。如下所示：

1） 設備節點：通過mknod在/dev子目錄下建立MTD字符設備節點（主設備號為90）和MTD塊設備節點（主設備號為31），用戶通過訪問此設備節點即可訪問MTD字符設備和塊設備。

2） MTD設備層：分為MTD字符設備（mtdchar.c）和MTD塊設備（mtdblock.c），建立在MTD原始設備層之上，為應用程序提供訪問Flash的接口。

3） MTD原始設備層：MTD原始設備層由兩部分組成，一部分是MTD原始設備的通用代碼，另一部分是各個特定的Flash的數據，例如分區。

4） 硬件驅動層：Flash 硬件驅動層負責Flash硬件設備的讀、寫、擦除。

2、Linux MTD系統接口

在引入MTD后，底層Flash驅動直接與MTD原始設備層交互，利用其提供的接口注冊設備和分區。

mtd_info是表示MTD原始設備的結構體，每個分區也被認為是一個mtd_info。例如：如果有兩個MTD原始設備，而每個上有3個分區，在系統中就共有6個mtd_info結構體，這些mtd_info的指針被存放在名為mtd_table的數組里。

struct mtd_info {

u_char type; /*內存技術的類型*/

u_int32_t flags; /*標志位*/

u_int32_t size; /*mtd設備的大小*/

u_int32_t erasesize; /*主要的擦除塊大小*/

u_int32_t writesize; /*最小的可寫單元的字節數*/

u_int32_t oobsize; /*OOB字節數*/

u_int32_t oobavail; /*可用的OOB字節數*/

char *name; /*分區的名字*/

int index; /*分區的索引號*/

struct nand_ecclayout *ecclayout; /*ECC布局結構體指針*/

//不同的erasesize的區域

int numeraseregions; /*不同的erasesize的區域的數目*/

struct mtd_erase_region_info *eraseregions;

//擦除函數

int （*erase） （struct mtd_info *mtd， struct erase_info *instr）;

//讀寫函數

int （*read） （struct mtd_info *mtd， loff_t from， size_t len， size_t *retlen， u_char *buf）;

int （*write） （struct mtd_info *mtd， loff_t to， size_t len， size_t *retlen， const u_char *buf）;

//oob讀寫函數

int （*read_oob） （struct mtd_info *mtd， loff_t from，

struct mtd_oob_ops *ops）;

int （*write_oob） （struct mtd_info *mtd， loff_t to，

struct mtd_oob_ops *ops）;

//設備鎖

int （*lock） （struct mtd_info *mtd， loff_t ofs， size_t len）;

int （*unlock） （struct mtd_info *mtd， loff_t ofs， size_t len）;

//電源管理函數

int （*suspend） （struct mtd_info *mtd）;

void （*resume） （struct mtd_info *mtd）;

//壞塊管理函數

int （*block_isbad） （struct mtd_info *mtd， loff_t ofs）;

int （*block_markbad） （struct mtd_info *mtd， loff_t ofs）;

void *priv; /*私有數據*/

};

1） mtd_info的type字段給出底層物理設備的類型，包括MTD_RAM、MTD_ROM、MTD_NORFLASH、MTD_NANDFLASH等。

2） flags字段標志可以是MTD_WRITEABLE、MTD_BIT_WRITEABLE、MTD_NO_ERASE、MTD_POWERUP_LOCK等的組合。

3） mtd_info中的的read（）、write（）、read_oob（）、write_oob（）、erase（）是MTD設備驅動要實現的主要函數。但是在NOR和NAND的驅動代碼中幾乎看不到mtd_info的成員函數，這是因為Linux在MTD的下層實現了針對NOR Flash和NAND Flash的通用的mtd_info成員函數。

Flash驅動中使用如下的兩個函數注冊和注銷MTD設備：

int add_mtd_device（struct mtd_info *mtd）;

int del_mtd_device （struct mtd_info *mtd）;

mtd_part結構體用于表示分區（某一個分區），其mtd_info結構體成員用于描述該分區，它會被加入到mtd_table中。

struct mtd_part {

struct mtd_info mtd; //分區的信息

struct mtd_info *master; //該分區的主分區

u_int32_t offset; //該分區的偏移地址

int index; //分區號

struct list_head list;

int registered;

};

在MTD原始設備層中維護著一個mtd_part鏈表mtd_partitions（Flash的整個分區）。

struct mtd_partition {

char *name; //標識字符串

u_int32_t size; //分區大小

u_int32_t offset; //主MTD空間內的偏移

u_int32_t mask_flags; //掩碼標志

struct nand_ecclayout *ecclayout; //OOB布局

struct mtd_info **mtdp;

};

Flash驅動中使用如下兩個函數注冊和注銷分區：

int add_mtd_partitions（struct mtd_info *master，

const struct mtd_partition *parts，

int nbparts）;

int del_mtd_partitions（struct mtd_info *master）;

①add_mtd_partitions（）會對每一個新建分區建立一個新的mtd_part結構體，將其加入mtd_partition中，并調用add_mtd_device（）將此分區作為MTD設備加入mtd_table。

②del_mtd_partitions（）的作用是對于mtd_partition上的每一個分區，如果它的主分區是master，則將它從mtd_partition和mtd_table中刪除并釋放掉，這個函數會調用del_mtd_device（）。

二、NOR Flash驅動結構

在Linux系統中，實現了針對CFI（公共Flash接口）等接口的通用NOR驅動，這一層的驅動直接面向mtd_info的成員函數，這使得NOR的芯片級驅動變得非常的簡單，只需要定義具體的內存映射情況結構體map_info并使用指定接口類型調用do_map_probe（）。

NOR Flash驅動的核心是定義map_info結構體，它指定了NOR Flash的基址、位寬、大小等信息以及Flash的讀寫函數。

struct map_info {

char *name; /*NOR FLASH的名字*/

unsigned long size; /*NOR FLASH的大小*/

resource_size_t phys; /*NOR FLASH的起始物理地址*/

void __iomem *virt; /*NOR FLASH的虛擬地址*/

void *cached;

int bankwidth; /*NOR FLASH的總線寬度*/

//緩存的虛擬地址

void （*inval_cache）（struct map_info *， unsigned long， ssize_t）;

void （*set_vpp）（struct map_info *， int）;

};

NOR Flash驅動在Linux中實現非常簡單，如下圖所示：

①定義map_info的實例，初始化其中的成員，根據目標板的情況為name、size、bankwidth和phys賦值。

②如果Flash要分區，則定義mtd_partition數組，將實際電路板中Flash分區信息記錄于其中。

③以map_info和探測的接口類型（如“cfi_probe”等）為參數調用do_map_probe（），探測Flash得到mtd_info。

三、NOR Flash驅動程序

需要說明的是，我用的是GQS3C2440的開發板，程序如下所示：

#include 《linux/module.h》

#include 《linux/init.h》

#include 《linux/kernel.h》 /*printk*/

#include 《asm/io.h》 /*ioremap*/

#include 《linux/types.h》 /*ARRAY_SIZE*/

#include 《linux/mtd/mtd.h》 /*mtd_info*/

#include 《linux/mtd/map.h》 /*map_info*/

#include 《linux/mtd/partitions.h》 /*mtd_partition*/

#define WINDOW_ADDR 0x00000000 /*NOR FLASH的物理地址*/

#define WINDOW_SIZE 0x00200000 /*NOR FLASH大小*/

#define BUSWIDTH 2 /*NOR FLASH總線寬度A0~A19*/

//探測的接口類型

#define PROBETYPES {“cfi_probe”，NULL}

//用于打印信息

#define MSG_PREFIX “S3C2440-NOR：”

static struct mtd_info *mymtd=0; /*定義MTD原始設備的結構體*/

//定義并初始化map_info結構體

struct map_info s3c2440nor_map={

.name = “NOR flash on S3C2440”， /*初始化NOR FLASH的名字*/

.size = WINDOW_SIZE， /*初始化NOR FLASH的大小*/

.bankwidth = BUSWIDTH， /*初始化NOR FLASH的位寬*/

.phys = WINDOW_ADDR， /*初始化NOR FLASH的物理地址*/

};

//MTD分區的信息

static struct mtd_partition static_partitions［］=

{

//bootloader存放的區域

{

.name = “U-boot”，

.size = 0x040000，

.offset= 0x0

}，

};

static int mtd_parts_nb=0; /*定義分區數*/

static struct mtd_partition *mtd_parts=0; /*定義分區*/

static int __init s3c2440nor_init（void）

{

static const char *rom_probe_types［］=PROBETYPES; /*定義探測的接口類型*/

const char **type;

const char *part_type=0; //定義分區的類型

printk（KERN_NOTICE MSG_PREFIX“0x%08x at 0x%08x\n”，WINDOW_SIZE，WINDOW_ADDR）;

//將NOR FLASH的物理地址映射為虛擬地址

s3c2440nor_map.virt=ioremap（WINDOW_ADDR，WINDOW_SIZE）;

if（！s3c2440nor_map.virt）

{

printk（MSG_PREFIX“failed to ioremap\n”）;

return -EIO;

}

//初始化read、copy_from、write、copy_to函數

simple_map_init（&s3c2440nor_map）;

//探測NOR FLASH

type=rom_probe_types;

for（;！mymtd && *type;type++）

mymtd=do_map_probe（*type，&s3c2440nor_map）;

//找到NOR FLASH

if（mymtd）

{

mymtd-》owner=THIS_MODULE;

mtd_parts=static_partitions; /*初始化分區*/

mtd_parts_nb=ARRAY_SIZE（static_partitions）; /*得到分區數*/

part_type=“static”;

if（mtd_parts_nb==0）

printk（KERN_NOTICE MSG_PREFIX“no partition info available\n”）;

else

{

printk（KERN_NOTICE MSG_PREFIX “using %s partition definition\n”，part_type）;

add_mtd_partitions（mymtd，mtd_parts，mtd_parts_nb）; /*注冊分區*/

}

return 0;

}

return -ENXIO;

}

static void s3c2440nor_exit（void）

{

if（mymtd）

{

del_mtd_partitions（mymtd）; //刪除分區

map_destroy（mymtd）; //注銷mtd_info結構體

}

//取消虛擬地址的映射

iounmap（（void *）s3c2440nor_map.virt）;

}

module_init（s3c2440nor_init）;

module_exit（s3c2440nor_exit）;

MODULE_AUTHOR（“chenqi”）;

MODULE_LICENSE（“GPL”）;

結語

關于nand和nor的相關介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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