单片机上搭配的SPI NOR FLASH容量告急!扩容新选择

2022-06-17 13:46:58 雷龙发展 550

  *为便于理解并省去容量单位转换的麻烦,以下容量单位均使用Byte单位(128Mbit=16MByte)

  

  前言:

  

  NOR FLASH 是市场上两种主要的非易失闪存技术之一。Intel于1988年首先开发出NOR Flash 技术(实际上是东芝的富士雄率先开发出来的),彻底改变了原先由EPROM(Erasable Programmable Read-Only-Memory电可编程序只读存储器)和EEPROM(电可擦只读存储器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory)一统天下的局面。紧接着,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。NOR Flash 的特点是芯片内执行(XIP ,eXecute In Place),这样应用程序可以直接在Flash闪存内运行,不必再把代码读到系统RAM中。NOR 的传输效率很高,在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益,但是很低的写入和擦除速度大大影响到它的性能。NAND的结构能提供极高的单元密度,可以达到高存储密度,并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于Flash的管理需要特殊的系统接口。通常读取NOR的速度比NAND稍快一些,而NAND的写入速度比NOR快很多,在设计中应该考虑这些情况。

  SD NAND,贴片式TF卡,贴片式SD卡

  正文:

  

  随着物联网的兴起,MCU的应用也越来越广泛了,以前基本上用内置的EEPROM或者外置小容量NOR Flash就可以满足大部分需求,随着技术发展和应用要求的提高,逐渐的MCU需要实现的功能也越来越多,实现更多功能的同时需要存储的数据量也在增大,比如系统增大、存储音频、图片(GUI)、视频缓存、协议栈等等…

  

  一般情况下NOR FLASH的用户在容量不够用时直接升级为更高一级容量的NOR FLASH 就可以了,不过也有二般情况,由于NOR的单元结构相对较大的原因,当容量达到一定程度时性价比会异常的低,结合生产工艺和目前的市场情况来看,16MB是一个分水岭,比16MB NOR Flash大一级的32MB NOR Flash 的价格相对于16MB NOR Flash 高出一大截,甚至比128MB的NAND Flash还要贵,雪上加霜的是这货供应状况还不佳,即使能接受32MB NOR Flash的价格并且把方案也开发好了,前期调试和试产都通过了,等到正式量产的时候买不到货… 就可能会错过整机产品销售的最佳时机。

  

  这个时候有人会说:这些我都知道啊!我也想用NAND Flash啊!不过我的MCU不!支!持!NAND Flash啊!难不成我还要换平台从头再开发?

  

  非也,今时不同往日,有个叫SD NAND的东东可供选择,NAND 架构、SD协议,只要是支持SD2.0 协议的MCU均可以使用。正常情况下使用SPI 模式,如果需要更快的速度并且IO口够用时可以使用SD模式。内置ECC、坏块管理、均衡擦写等等功能,这意味着用户不需要额外写驱动来管理NAND ,当然性能弱的MCU也做不到^^

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  SD NAND的更多信息可以参考下列文章

  

  传送门: 技术问答-什么是SD NAND? (longsto.com)

  

  由于SD NAND存储单元使用的是NAND 架构,所以NAND 持有的基础特性也继承了下来,SD NAND在这个基础上进一步做了优化,使得易用性和应用兼容性上大大提升。

  

  我们先看一看NOR 与 NAND的区别都有哪些。

  

  1.NOR Flash支持随机访问,所以支持XIP(execute In Place),NAND Flash需要按块进行读取,所以不支持XIP 。

  

  2.NAND FLASH理论读取速度与NOR Flash相近,实际情况会根据接口不同有些差异。

  

  3.NOR 与 NAND 写入前都需要先擦除,NOR在擦除时以64~128KB的块进行,执行一个写入/擦除操作的时间约5s,NAND在擦除时以8~32KB的块进行,执行一个写入/擦除操作的时间约4ms。

  

  4.NAND 理论最大擦除次数比NOR多

  

  5.NOR 驱动比NAND简单,NAND FLASH需要通过专门的NFI(NAND FLASH Interface)与Host端进行通信,驱动相对复杂。

  

  6.所有Flash 都会有位反转的问题,NAND 位反转概率要比NOR高,NAND Flash 必须要使用ECC。

  

  7.NAND的单元尺寸几乎是NOR器件的一半,所以NAND成本更低。


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  总结: NOR 与 NAND 各有特点,应用场景与应用难度也不同,SD NAND 在保留了NAND架构优质特性的同时改进了不足之处,内置的控制器能自行管理NAND Flash,用户无需在外部处理ECC和进行坏块管理,免去了MTD层,用户不需要写繁琐的驱动代码。这些特性也使得NOR用户升级NAND 成为可能。

  

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  128MB 详情页:128MB SD NAND

  

  PS. 除了SD NAND 之外还有一种次选升级方案,那就是使用TF卡,不过这种解决方案需要看具体应用环境。SD NAND 与TF卡对比资料可以参考下列文章,希望大家能找到适合自己的产品。

  

  传送门:SD NAND与TF卡的区别-技术问答 (longsto.com)

  

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