如何选择嵌入式产品中的存储器类型?

发表时间:2022-04-28 10:01作者:武汉万象奥科

摘要:Flash存储器是一种非易失性内存,其作为数据、系统存储的关键介质,在嵌入式系统中扮演着重要角色。常见的Flash有NAND Flash 、Nor Flash、eMMC等,本文将简单介绍不同Flash的区别及应用场景。

HD6Q-CORE ARM核心板板载Flash

图1   HD6Q-CORE ARM核心板板载Flash


1.NAND Flash


按照接口区分,NAND Flash分为串行和并行两种,串行就是每次传输1 bit,并行就是每次传输多位。下图的并行Flash采用8bit的数据位宽,并配合RE/WE等读写信号进行数据的读写。串行Flash管脚较少,多采用SPI或者QSPI接口进行通信。一般来讲,并行Flash的容量要高于串行Flash。

并行NAND Flash接口

图2   并行NAND Flash接口

串行NAND Flash接口

图3   串行NAND Flash接口

按照颗粒密度区分,并行NAND Flash可以分为SLC、MLC、TLC、QLC等,其中SLC、MLC颗粒较为常用。

SLC、MLC、TLC、QLC

图4   SLC、MLC、TLC、QLC

  • 第一代SLC(Single-Level Cell)每单元可存储1比特数据(1bit/cell),性能好、寿命长,可经受10万次编程/擦写循环,但容量低、成本高,市场上用的比较少;

  • 第二代MLC(Multi-Level Cell)每单元可存储2比特数据(2bits/cell),性能、寿命、容量、成各方面比较均衡,可经受1万次编程/擦写循环,目前主流的核心板厂商大都配置该类型的存储;

  • 第三代TLC(Trinary-Level Cell)每单元可存储3比特数据(3bits/cell),性能、寿命变差,只能经受3千次编程/擦写循环,但是容量可以做得更大,成本也可以更低,大多数固态硬盘的选择;

  • 第四代QLC(Quad-Level Cell)每单元可存储4比特数据(4bits/cell),性能、寿命进一步变差,只能经受1000次编程/擦写循环,但是容量更容易提升,成本也继续降低。

>h1> 2.Nor Flash

NOR Flash是一种非易失闪存技术,是Intel在1988年创建。是市场上两种主要的非易失闪存技术之一。按照接口区分, Nor Flash也可以分为并行和串行两种。由于并行Nor Flash易存在兼容性问题,现已逐渐淘汰,目前常用的Nor Flash通常指串行Flash,即SPI Flash,其接口定义和图3一致。

与NAND Flash相比,Nor Flash容量较低,且读写速度和擦写速度较慢。不同于NAND Flash的是,NOR Flash支持Execute ON Chip,程序可以直接在Flash片内执行,因此很适合作为嵌入式系统中的程序启动介质。

表1   NAND Flash &Nor Flash 存储介质对比表

NAND Flash &Nor Flash 存储介质对比表



3.eMMC


eMMC 本质上还是Nand flash ,数据接口支持1bit、4bit和8bit三种。eMMC=Nand flash +闪存控制芯片+标准接口封装,其内部集成的闪存控制器具有读写协议、擦写均衡、坏块管理、ECC校验、电源管理、时钟管理、数据存取等功能,极大降低了Nand-flash的使用难度。

eMMC架构

图5   eMMC架构

在嵌入式系统中,Flash除了用来存放数据,还有一个重要的功能就是存放uboot启动程序。一般来讲,系统可以直接从Nor Flash启动,而不能直接从NAND Flash启动。系统要从NAND Flash启动,则需要先将NAND Flash低4K的代码拷贝到CPU内部的SRAM中,然后从SRAM中驱动。再将FLASH剩下的代码拷贝到SDRAM中,从SDRAM开始执行main函数,启动流程如下图所示。

NAND Flash启动方式

图6   NAND Flash启动方式

一般来讲,当主控制所需搭配的存储容量较低时(如256M、512M),通常选择Nand flash。当主控制所需搭配的存储容量较高时(如4GB、8GB甚至32GB),选择eMMC将更具性价比。

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