如何選擇嵌入式產(chǎn)品中的存儲器類型

摘要：Flash存儲器是一種非易失性內(nèi)存，其作為數(shù)據(jù)、系統(tǒng)存儲的關(guān)鍵介質(zhì)，在嵌入式系統(tǒng)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F(xiàn)lash的區(qū)別及應(yīng)用場景。

圖1 HD6Q-CORE ARM核心板板載Flash

1. NAND Flash

按照接口區(qū)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(shù)據(jù)位寬，并配合RE/WE等讀寫信號進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。串行Flash管腳較少，多采用SPI或者QSPI接口進(jìn)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(qū)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?cái)?shù)據(jù)(1bit/cell)，性能好、壽命長，可經(jīng)受10萬次編程/擦寫循環(huán)，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?cái)?shù)據(jù)(2bits/cell)，性能、壽命、容量、成各方面比較均衡，可經(jīng)受1萬次編程/擦寫循環(huán)，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?cái)?shù)據(jù)(3bits/cell)，性能、壽命變差，只能經(jīng)受3千次編程/擦寫循環(huán)，但是容量可以做得更大，成本也可以更低，大多數(shù)固態(tài)硬盤的選擇；
• 第四代QLC（Quad-Level Cell）每單元可存儲4比特?cái)?shù)據(jù)(4bits/cell)，性能、壽命進(jìn)一步變差，只能經(jīng)受1000次編程/擦寫循環(huán)，但是容量更容易提升，成本也繼續(xù)降低。

1. Nor Flash

NOR Flash是一種非易失閃存技術(shù)，是Intel在1988年創(chuàng)建。是市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)之一。按照接口區(qū)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(xiàn)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(nèi)執(zhí)行，因此很適合作為嵌入式系統(tǒng)中的程序啟動介質(zhì)。

表1 NAND Flash &Nor Flash 存儲介質(zhì)對比表

eMMC

eMMC 本質(zhì)上還是Nand flash ，數(shù)據(jù)接口支持1bit、4bit和8bit三種。eMMC=Nand flash +閃存控制芯片+標(biāo)準(zhǔn)接口封裝，其內(nèi)部集成的閃存控制器具有讀寫協(xié)議、擦寫均衡、壞塊管理、ECC校驗(yàn)、電源管理、時鐘管理、數(shù)據(jù)存取等功能，極大降低了Nand-flash的使用難度。

圖5 eMMC架構(gòu)

在嵌入式系統(tǒng)中，F(xiàn)lash除了用來存放數(shù)據(jù)，還有一個重要的功能就是存放uboot啟動程序。一般來講，系統(tǒng)可以直接從NorFlash啟動，而不能直接從NAND Flash啟動。系統(tǒng)要從NAND Flash啟動，則需要先將NAND Flash低4K的代碼拷貝到CPU內(nèi)部的SRAM中，然后從SRAM中驅(qū)動。再將FLASH剩下的代碼拷貝到SDRAM中，從SDRAM開始執(zhí)行main函數(shù)，啟動流程如下圖所示。

圖6 NAND Flash啟動方式

一般來講，當(dāng)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(dāng)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(nèi)嵌入式軟硬件技術(shù)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(nèi)的重要技術(shù)合作伙伴，專注于嵌入式軟硬件產(chǎn)品的研發(fā)、定制、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)。