简介

概述

Flash Memory闪存，一种非易失性存储器，断电数据也不会丢失。早期的闪存进行一次抹除，就会清除掉整颗芯片上的数据，但目前已可以精确到对指定的区域进行删除。闪存允许在操作中被多次擦或写的存储器，这种科技主要用于一般性数据存储，以及在计算机与其他数字产品间交换传输数据。SmartMedia（SM卡）、Compact Flash（CF卡)）、MultiMediaCard（MMC卡）、Secure Digital（SD卡）都属于闪存

闪存Flash也被认为是一种EEPROM（电可擦除可编程只读存储器），而区别在于传统的EEPROM以字节为单位进行擦写，而Flash则实现了以块为单位进行擦写。

前世今生

NOR NAND命名：取用了电路逻辑运算中的或非（Not OR）和与非（Not AND）

Flash在大类上区分可以认为有两种规格：NOR Flash和NAND Flash

1984年，东芝公司的发明人舛冈富士雄首先提出了闪存的概念。而在四年后1988年，做存储起家的Intel推出了世界第一款Nor Flash芯片，它结合EPROM(可擦除可编程只读存储器)和EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)两项技术，并拥有一个SRAM接口，从此也彻底打破了EPPRON和EPROM一统天下的局面。

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。因此NAND Flash并被认为是NOR闪存的理想替代者。鉴于其出色的性价比，它常常被应用于诸如CompactFlash、SmartMedia、 SD、 MMC等存储卡上。

1997年西门子和 Sandisk 推出MMC（Multi Media Card，多媒体卡），而在1999年基于MMC发展而来的SD（Secure Digital Memory Card）卡首次由松下、东芝和 Sandisk 公开发布，二者最初的外观尺寸也很类似，SD 卡比 MMC 卡厚 0.7mm。但是随着移动互联网时代的到来，对的存储芯片提出了更高的要求：高容量、高稳定性和高读写速度的同时要求拥有更小存储空间，因此eMMC（Embedded Multi Media Card）应运而生。简单来理解 eMMC = NAND Flash + 闪存控制芯片 + 标准接口封装

NAND Flash分类

不带控制器
- RAW NAND，可焊接在PCB上
带控制器
- 模组（可插拔）
  - TF / SD
  - SSD
- 芯片（可焊接）
  - SD NAND
  - eMMC
  - SPI NAND

原理

（图片来自郭天祥老师B站课程）

NOR Flash 与 NAND Flash都是用三端器件作为存储单元，分别为源极、漏极和栅极，与场效应管的工作原理相同，主要是利用电场的效应来控制源极与漏极之间的通断，栅极的电流消耗极小，不同的是场效应管为单栅极结构，而 FLASH 为双栅极结构，在栅极与硅衬底之间增加了一个浮置栅极。

写入：S接0V（地），D接6V，当PN结超过一定电压出现雪崩击穿，电子从S流向D。Gc端有12V脉冲，与此同时Gc与衬底之间也有场强，电子也会穿过氧化层到浮栅区。（氧化隧道区的存在保证了数据不容易流失）

擦除：S 接12V，Gc 接0v，此时源极栅极两端形成场强，电子从浮栅区经过隧道区流向衬底

通过上述描述可以发现数据存储的关键在于浮栅层，当其中充满电子代表写入状态，代表二进制0；相反，没有电子代表擦除状态，代表二进制1（S—->D没有电流0，说明有电子；S—–>D有电流1，说明没有电子）

NOR/NAND特点

	NOR	NAND	备注
接口	数据线地址线分开	数据线地址线共用	最大区别
介质类型	随机存储	连续存储
读写单元	基于字节	基于页
擦除单位	扇区	块
读速度	稍快	稍慢
写速度	慢	快
单个cell成本	高	低
坏块	较少	较多
寿命	长	短
是否支持XIP片内执行	支持	不支持

共性

先擦后写，即写数据前必须将芯片对应内容清空。只不过NOR Flash芯片只用擦写一个字，而NAND需要擦写整个块
闪存存放数据必须使用算法实现
擦除次数有限

区别

接口（读性能）

NOR Flash带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以直接和CPU相连，CPU可以直接通过地址总线对NOR Flash进行访问，可以很容易地存取其内部的每一个字节。因此使用NOR Flash不需要建立文件系统，因为可以直接用地址访问到数据

NAND Flash器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，只能通过I/O接口发送命令和地址，对NAND Flash内部数据进行访问，当然各个产品或厂商的方法可能各不相同。

由于具有这样的接口就导致NOR Flash的读性能是要稍高于NAND Flash的

擦除速度（写性能）

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。NAND闪存的写周期比NOR闪存短90%，它的保存与删除处理的速度也相对较快。

容量及成本

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

NOR Flash的成本相对高，容量相对小；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。

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。

由于NAND Flash通常是整块擦写，块内的页面中如果有一位失效整个块就会失效，而且由于擦写过程复杂，失败的概率相对较高，所以从整体上来说NOR的寿命较长。

数据正确性

所有flash器件都受位交换现象的困扰。在某些情况下，一个比特位会发生反转或被报告反转了。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，将可能导致停机。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。

这些问题常发生在NAND Flash中，除此之外它还需要始终进行坏块扫描，一旦发现标记为不可用

软件支持

NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时通常都需要MTD（Memory Technology Drivers）驱动，只是NOR使用的较少一些。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。

其作用还包括NAND闪存的管理，包括纠错、坏块处理和损耗平衡。

应用场景

一般使用原则是：在大容量的多媒体应用中选用NAND型，而在数据/程序存贮应用中选用NOR。NOR flash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分（嵌入式领域），而NAND flash只是用在8～128MB的产品当中（视频监控、网络监控、网络终端等等大容量场景）

eMMC特点

eMMC 采用统一的MMC标准接口，把高密度NAND Flash以及MMC Controller封装在一颗BGA芯片中（在原有内置存储器的基础上，又额外加了一个控制芯片，最后再以统一的方式封装，并预留一个标准接口，以便客户拿来直接使用）。针对Flash的特性，产品内部已经包含了Flash管理技术，包括错误探测和纠正，flash平均擦写，坏块管理，掉电保护等技术。用户无需担心产品内部flash晶圆制程和工艺的变化。同时eMMC单颗芯片为主板内部节省更多的空间。

优点

容量大
速度快
兼容性好

缺点

成本高。eMMC主流起跳容量16GB，客户即使只用128MB，也需要付出16GB的成本。
尺寸大。11.5*13的尺寸对于很多穿戴式或者物联网设备来说还是太大了。
Pin脚多，不方便焊接。eMMC是BGA153封装，153个pin脚，pin间距0.5mm。焊接是个问题，特别是PCB板比较小的时候。另外使eMMC必须要用4层板。
通用性。对于新推出的大核CPU来说，基本都支持eMMC。但物联网由于使用场景限制，很多还是采用MCU平台。而这些平台基本都不支持eMMC接口。
擦写寿命。主流eMMC内部采用都是TLC NAND, 擦写寿命只有500次左右。在需要频繁擦写的应用场景会比较吃力。

未来发展

大小：物联网嵌入式的更高需求导致eMMC需要做的更小
容量：128GB算是eMMC最大容量了。更高容量产品会切换到UFS。
接口：eMMC 是针对手机或平板电脑等产品的内嵌式存储器标准规格，目前市场上主流手机都采用eMMC 5.0规格的闪存标准。但是未来eMMC接口慢慢会切换到UFS接口。UFS的接口有着更快的读写性能。目前新推出的主流手机和平板产品都已经采用了UFS接口内部材质：市面上还是少量有MLC晶圆的eMMC，主要针对行业市场。

Q&A

Q：分别擦除NAND、eMMC读数据分别是1，0；eMMC属于NAND，为什么读出的数据不一致呢

A：原因就在于eMMC内部存在控制器
Q：flash数据掉电丢失？

A：flash在掉电时，会存在一段电压区间，工作不稳定，可能导致数据丢失。写保护是nor提供的功能，即可以通过配置一些寄存器，将某些区域保护起来。如果没有解除保护，那对这个区域的写入和擦除，都会被直接忽略掉。
换nor flash之后无法正常启动？

对于串口没有打印的情况：通信两端的波特率不一致

打印出现乱码或者读出的数据不正确：flash的数据没有写入或者没有重启还不能读，导致读出的错误，延长reset的delay时间

yangLieee

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