如何選擇嵌入式產品中的存儲器類型？

發布時間：2022-4-28 11:27 發布者：武漢萬象奧科

摘要：Flash存儲器是一種非易失性內存，其作為數據、系統存儲的關鍵介質，在嵌入式系統中扮演著重要角色。常見的Flash有NAND Flash 、Nor Flash、eMMC等，本文將簡單介紹不同Flash的區別及應用場景。

圖1 HD6Q-CORE ARM核心板板載Flash

NAND Flash

按照接口區分，NAND Flash分為串行和并行兩種，串行就是每次傳輸1 bit，并行就是每次傳輸多位。下圖的并行Flash采用8bit的數據位寬，并配合RE/WE等讀寫信號進行數據的讀寫。串行Flash管腳較少，多采用SPI或者QSPI接口進行通信。一般來講，并行Flash的容量要高于串行Flash。

圖2 并行NAND Flash接口

圖3 串行NAND Flash接口

按照顆粒密度區分，并行NAND Flash可以分為SLC、MLC、TLC、QLC等，其中SLC、MLC顆粒較為常用。

圖4 SLC、MLC、TLC、QLC

第一代SLC（Single-Level Cell）每單元可存儲1比特數據(1bit/cell)，性能好、壽命長，可經受10萬次編程/擦寫循環，但容量低、成本高，市場上用的比較少；
第二代MLC（Multi-Level Cell）每單元可存儲2比特數據(2bits/cell)，性能、壽命、容量、成各方面比較均衡，可經受1萬次編程/擦寫循環，目前主流的核心板廠商大都配置該類型的存儲；
第三代TLC（Trinary-Level Cell）每單元可存儲3比特數據(3bits/cell)，性能、壽命變差，只能經受3千次編程/擦寫循環，但是容量可以做得更大，成本也可以更低，大多數固態硬盤的選擇；
第四代QLC（Quad-Level Cell）每單元可存儲4比特數據(4bits/cell)，性能、壽命進一步變差，只能經受1000次編程/擦寫循環，但是容量更容易提升，成本也繼續降低。

2.Nor Flash
NOR Flash是一種非易失閃存技術，是Intel在1988年創建。是市場上兩種主要的非易失閃存技術之一。按照接口區分, Nor Flash也可以分為并行和串行兩種。由于并行Nor Flash易存在兼容性問題，現已逐漸淘汰，目前常用的Nor Flash通常指串行Flash，即SPI Flash，其接口定義和圖3一致。
與NAND Flash相比，Nor Flash容量較低，且讀寫速度和擦寫速度較慢。不同于NAND Flash的是，NOR Flash支持Execute ON Chip，程序可以直接在Flash片內執行，因此很適合作為嵌入式系統中的程序啟動介質。

表1 NAND Flash &Nor Flash 存儲介質對比表

3.eMMC

eMMC 本質上還是Nand flash ，數據接口支持1bit、4bit和8bit三種。eMMC=Nand flash +閃存控制芯片+標準接口封裝，其內部集成的閃存控制器具有讀寫協議、擦寫均衡、壞塊管理、ECC校驗、電源管理、時鐘管理、數據存取等功能，極大降低了Nand-flash的使用難度。

圖5 eMMC架構

在嵌入式系統中，Flash除了用來存放數據，還有一個重要的功能就是存放uboot啟動程序。一般來講，系統可以直接從Nor Flash啟動，而不能直接從NAND Flash啟動。系統要從NAND Flash啟動，則需要先將NAND Flash低4K的代碼拷貝到CPU內部的SRAM中，然后從SRAM中驅動。再將FLASH剩下的代碼拷貝到SDRAM中，從SDRAM開始執行main函數，啟動流程如下圖所示。

圖6 NAND Flash啟動方式

一般來講，當主控制所需搭配的存儲容量較低時（如256M、512M），通常選擇Nand flash。當主控制所需搭配的存儲容量較高時（如4GB、8GB甚至32GB），選擇eMMC將更具性價比。

武漢萬象奧科是國內嵌入式軟硬件技術積累最全面的方案商之一, 作為Renesas、Microchip、芯馳、NXP、ST等原廠在國內的重要技術合作伙伴，專注于嵌入式軟硬件產品的研發、定制、設計、生產。

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