嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在選擇閃存時(shí)必須考慮許多因素：使用哪種類型的Flash架構(gòu)，是選擇串行接口還是并行接口，是否需要校驗(yàn)碼（ECC）等。如果處理器或控制器僅支持一種類型的接口，則會(huì)限制選項(xiàng)，因此可以輕松選擇內(nèi)存。但是，情況往往并非如此。例如，一些FPGA支持串行NOR閃存、并行NOR閃存和NAND閃存來存儲(chǔ)配置數(shù)據(jù)，同樣，它們也可以用來存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，這使得選擇正確的存儲(chǔ)器件更加困難。本文將討論閃存的不同方面，重點(diǎn)放在NOR閃存和NAND閃存的差異方面。

存儲(chǔ)架構(gòu)

閃存將信息存儲(chǔ)在由浮柵晶體管制成的存儲(chǔ)單元中。這些技術(shù)的名稱解釋了存儲(chǔ)器單元的組織方式。在NOR閃存中，每個(gè)存儲(chǔ)器單元的一端連接到源極線，另一端直接連接到類似于NOR門的位線。在NAND閃存中，幾個(gè)存儲(chǔ)器單元（通常是8個(gè)單元）串聯(lián)連接，類似于NAND門（參見圖1）。

圖1：NOR Flash（左）具有類似NOR門的架構(gòu)。類似地，NAND Flash（右）類似于NAND門。

NOR Flash架構(gòu)提供足夠的地址線來映射整個(gè)存儲(chǔ)器范圍。這提供了隨機(jī)訪問和短讀取時(shí)間的優(yōu)勢(shì)，這使其成為代碼執(zhí)行的理想選擇。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是100％已知的零件壽命。缺點(diǎn)包括較大的單元尺寸導(dǎo)致每比特的較高成本和較慢的寫入和擦除速度。

相比之下，與NOR閃存相比，NAND閃存具有更小的單元尺寸和更高的寫入和擦除速度。缺點(diǎn)包括較慢的讀取速度和I / O映射類型或間接接口，這更復(fù)雜并且不允許隨機(jī)訪問。值得注意的是，NAND Flash中的代碼執(zhí)行是通過將內(nèi)容映射到RAM來實(shí)現(xiàn)的，這與直接從NOR Flash執(zhí)行代碼不同。另一個(gè)主要缺點(diǎn)是存在壞塊。NAND閃存通常在部件的整個(gè)生命周期內(nèi)出現(xiàn)額外的位故障時(shí)具有98％的良好位，因此，器件內(nèi)需要ECC功能。

存儲(chǔ)容量

與NOR閃存相比，NAND閃存的密度要高得多，主要是因?yàn)槠涿勘忍爻杀据^低。NAND閃存通常具有1Gb至16Gb的容量。NOR閃存的密度范圍從64Mb到2Gb。由于NAND Flash具有更高的密度，因此主要用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用。

擦除/讀寫

在NOR和NAND閃存中，存儲(chǔ)器被組織成擦除塊。該架構(gòu)有助于在保持性能的同時(shí)保持較低的成本，例如，較小的塊尺寸可以實(shí)現(xiàn)更快的擦除周期。然而，較小塊的缺點(diǎn)是芯片面積和存儲(chǔ)器成本增加。由于每比特成本較低，與NOR閃存相比，NAND閃存可以更經(jīng)濟(jì)高效地支持更小的擦除塊。目前，NAND閃存的典型塊大小為8KB至32KB，NOR Flash為64KB至256KB。

NAND閃存中的擦除操作非常簡單，而在NOR閃存中，每個(gè)字節(jié)在擦除之前都需要寫入“0”。這使得NOR閃存的擦除操作比NAND閃存慢得多。例如，NAND閃存S34ML04G2需要3.5ms才能擦除128KB塊，而NOR閃存S70GL02GT則需要約520ms來擦除類似的128KB扇區(qū)。這相差近150倍。

如前所述，NOR閃存具有足夠的地址和數(shù)據(jù)線來映射整個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，類似于SRAM的工作方式。例如，具有16位數(shù)據(jù)總線的2Gbit（256MB）NOR閃存將具有27條地址線，可以對(duì)任何存儲(chǔ)器位置進(jìn)行隨機(jī)讀取訪問。在NAND閃存中，使用多路復(fù)用地址和數(shù)據(jù)總線訪問存儲(chǔ)器。典型的NAND閃存使用8位或16位多路復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線以及其他信號(hào)，如芯片使能，寫使能，讀使能，地址鎖存使能，命令鎖存使能和就緒/忙碌。NAND Flash需要提供命令（讀，寫或擦除），然后是地址和數(shù)據(jù)。這些額外的操作使NAND閃存的隨機(jī)讀取速度慢得多。例如，NAND閃存S34ML04G2需要30μS，而NOR閃存S70GL02GT需要120nS。因此，NOR比NAND快250倍。

為了克服或減少較慢讀取速度的限制，通常以NAND閃存中的頁方式讀取數(shù)據(jù)，每個(gè)頁是擦除塊的較小子部分。僅在每個(gè)讀取周期開始時(shí)使用地址和命令周期順序讀取一頁的內(nèi)容。NAND閃存的順序訪問持續(xù)時(shí)間通常低于NOR閃存設(shè)備中的隨機(jī)訪問持續(xù)時(shí)間。利用NOR Flash的隨機(jī)訪問架構(gòu)，需要在每個(gè)讀取周期切換地址線，從而累積隨機(jī)訪問以進(jìn)行順序讀取。隨著要讀取的數(shù)據(jù)塊的大小增加，NOR閃存中的累積延遲變得大于NAND閃存。因此，NAND Flash順序讀取可以更快。但是，由于NAND Flash的初始讀取訪問持續(xù)時(shí)間要長得多，兩者的性能差異只有在傳輸大數(shù)據(jù)塊時(shí)才是明顯的，通常大小要超過1 KB。

在兩種Flash技術(shù)中，只有在塊為空時(shí)才能將數(shù)據(jù)寫入塊。NOR Flash的慢速擦除操作使寫操作更慢。在NAND Flash中，類似于讀取，數(shù)據(jù)通常以頁形式編寫或編程（通常為2KB）。例如，單獨(dú)使用NAND閃存S34ML04G2 寫入頁面需要300μS。

為了加快寫入操作，現(xiàn)代NOR Flashes還采用類似于頁面寫入的緩沖區(qū)編程。例如，前文所述的NOR閃存S70GL02GT，支持緩沖器編程，這使其能夠?qū)崿F(xiàn)與單詞相似寫入超時(shí)多字節(jié)編程。例如，512字節(jié)數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)編程可以實(shí)現(xiàn)1.14MBps的吞吐量。

能耗

NOR閃存在初始上電期間通常需要比NAND閃存更多的電流。但是，NOR Flash的待機(jī)電流遠(yuǎn)低于NAND Flash。兩個(gè)閃存的瞬時(shí)有功功率相當(dāng)。因此，有效功率由存儲(chǔ)器活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間決定。NOR Flash在隨機(jī)讀取方面具有優(yōu)勢(shì)，而NAND Flash在擦除，寫入和順序讀取操作中消耗的功率相對(duì)較低。

可靠性

保存數(shù)據(jù)的可靠性是任何存儲(chǔ)設(shè)備的重要性能指標(biāo)。閃存會(huì)遭遇稱為位翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，其中一些位可以被反轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象在NAND閃存中比在NOR閃存中更常見。出于產(chǎn)量考慮，NAND閃存隨附著散布的壞塊，隨著擦除和編程周期在NAND閃存的整個(gè)生命周期中持續(xù)，更多的存儲(chǔ)器單元變壞。因此，壞塊處理是NAND閃存的強(qiáng)制性功能。另一方面，NOR閃存帶有零壞塊，在存儲(chǔ)器的使用壽命期間具有非常低的壞塊累積。因此，當(dāng)涉及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠性時(shí)，NOR Flash具有優(yōu)于NAND Flash的優(yōu)勢(shì)。

可靠性的另一個(gè)方面是數(shù)據(jù)保留，這方面，NOR Flash再次占據(jù)優(yōu)勢(shì)，例如，NOR Flash閃存S70GL02GT提供20年的數(shù)據(jù)保留，最高可達(dá)1K編程/擦除周期，NAND閃存S34ML04G2提供10年的典型數(shù)據(jù)保留。

編程和擦除周期的數(shù)量曾是一個(gè)需要考慮的重要特性。這是因?yàn)榕cNOR閃存相比，NAND閃存用于提供10倍更好的編程和擦除周期。隨著技術(shù)進(jìn)步，這已不再適用，因?yàn)檫@兩種存儲(chǔ)器在這方面的性能已經(jīng)很接近。例如，S70GL02GT NOR和S34ML04G2 NAND都支持100,000個(gè)編程 - 擦除周期。但是，由于NAND閃存中使用的塊尺寸較小，因此每次操作都會(huì)擦除較小的區(qū)域。與NOR Flash相比，其整體壽命更長。

表1提供了本文中討論的主要內(nèi)容摘要。

表1：NOR閃存和NAND閃存的主要特性與一般和具體比較數(shù)據(jù)的比較。

通常，NOR閃存是需要較低容量、快速隨機(jī)讀取訪問和更高數(shù)據(jù)可靠性的應(yīng)用的理想選擇，例如代碼執(zhí)行所需。NAND閃存則非常適用于需要更高內(nèi)存容量和更快寫入和擦除操作的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等應(yīng)用。