入门基础之——flash

不得不说韦老师的课程还是很需要时间去消化。今天改变了学习策略，遇到不会的知识点，先查资料。

以前在单片机编程中，都只是知道代码存在flash中，而一听韦老师的课程，就是nand flash启动或者nor flash启动，所以找了一些这方面的参考资料弥补自己知识的空白。

快闪存储器（英语：flash memory），是一种电子式可清除程序化只读存储器的形式，允许在操作中被多次擦或写的存储器。这种科技主要用于一般性数据存储，以及在电脑与其他数字产品间交换传输数据，如储存卡与U盘。闪存是一种特殊的、以宏块抹写的EEPROM。

闪存的成本远较可以字节为单位写入的EEPROM来的低，也因此成为非易失性固态存储最重要也最广为采纳的技术。像是PDA、笔记本电脑、数字随身听、数码相机与手机上均可见到闪存。此外，闪存在游戏主机上的采用也日渐增加，藉以取代存储游戏数据用的EEPROM或带有电池的SRAM。

闪存是非易失性的存储器。这表示单就保存数据而言，它是不需要消耗电力的。与硬盘相比，闪存也有更佳的动态抗震性。这些特性正是闪存被移动设备广泛采用的原因。闪存还有一项特性：当它被制成储存卡时非常可靠──即使浸在水中也足以抵抗高压与极端的温度。闪存的写入速度往往明显慢于读取速度。

虽然闪存在技术上属于EEPROM，但是“EEPROM”这个字眼通常特指非快闪式、以小区块为清除单位的EEPROM。它们典型的清除单位是字节。闪存最常见的封装方式是TSOP48和BGA，在逻辑接口上的标准则由于厂商阵营而区分为两种：ONFI和Toggle。手机上的闪存常常以eMMC的方式存在。

历史

闪存（无论是NOR型或NAND型）是舛冈富士雄博士在1984年于东芝公司工作时发明。据东芝表示闪存之所以命名为“Flash”是由舛冈博士的同事有泉正二建议，因为这种存储器的抹除流程让他想起了相机的闪光灯。舛冈博士在1984年的加州旧金山IEEE国际电子组件会议（International Electron Devices Meeting, IEDM）上发表了这项发明。Intel看到了这项发明的巨大潜力，并于1988年推出第一款商业性的NOR Flash芯片。

NOR Flash需要很长的时间进行抹写，但是它提供完整的定址与数据总线，并允许随机存取存储器上的任何区域，这使的它非常适合取代老式的ROM芯片。当时ROM芯片主要用来存储几乎不需更新的代码，例如电脑的BIOS或机顶盒（Set-top Box）的固件。NOR Flash可以忍受一万到一百万次抹写循环，它同时也是早期的可移除式快闪存储媒体的基础。CompactFlash本来便是以NOR Flash为基础的，虽然它之后跳槽到成本较低的NAND Flash。

东芝在1989年的国际固态电路研讨会（ISSCC）上发表了NAND Flash。NAND Flash具有较快的抹写时间，而且每个存储单元的面积也较小，这让NAND Flash相较于NOR Flash具有较高的存储密度与较低的每比特成本。同时它的可抹除次数也高出NOR Flash十倍。然而NAND Flash的I/O接口并没有随机存取外部地址总线，它必须以区块性的方式进行读取，NAND Flash典型的区块大小是数百至数千比特。

因为多数微处理器与微控制器要求字节档次的随机存取，所以NAND Flash不适合取代那些用以装载程序的ROM。从这样的角度看来，NAND Flash比较像光盘、硬盘这类的次级存储设备。NAND Flash非常适合用于储存卡之类的大量存储设备。第一款创建在NAND Flash基础上的可移除式存储媒体是SmartMedia，此后许多存储媒体也跟着采用NAND Flash，包括MultiMediaCard、Secure Digital、Memory Stick与xD卡。

Flash编程原理都是只能将1（默认为1）写为0，而不能将0写成1.所以在Flash编程之前，必须将对应的块擦除，而擦除的过程就是将所有位都写为1的过程。编程是将相应位写0的过程，而擦除是将相应位写1的过程，两者的执行过程完全相反.

闪存将数据存储在由浮闸晶体管组成的记忆单元数组内，在单阶存储单元（Single-level cell, SLC）设备中，每个单元只存储1比特的信息。而多阶存储单元（Multi-level cell, MLC）设备则利用多种电荷值的控制让每个单元可以存储1比特以上的数据。

单层 Flash单元在默认状态代表二进制码中的“1”值。

闪存的一种限制在于即使它可以单一字节的方式读或写入，但是抹除一定是一整个区块。一般来说都是设置某一区中的所有比特为“1”，刚开始区块内的所有部分都可以写入，然而当有任何一个比特被设为“0”时，就只能借由清除整个区块来恢复“1”的状态。（即只能把1写0，不能把0写1，要把0写1只能通过檫除flash置1，然后从新写0）。

NOR Flash

从NOR Flash读取数据的方式与从RAM读取数据相近，只要提供数据的地址，数据总线就可以正确的导出数据。基于以上原因，多数微处理器可以将NOR Flash当作原地运行（Execute in place, XIP）存储器使用，这意味着存储在NOR Flash上的程序不需复制到RAM就可以直接运行。由于NOR Flash没有原生坏区管理，所以一旦存储区块发生毁损，软件或驱动程序必须接手这个问题，否则可能会导致设备发生异常。在解锁、抹除或写入NOR Flash区块时，特殊的指令会先写入已绘测的记忆区的第一页（Page）。接着快闪记忆芯片会提供可用的指令清单给实体驱动程序，而这些指令是由通用闪存接口（Common Flash memory Interface, CFI）所界定的。与用于随机存取的ROM不同，NOR Flash也可以用在存储设备上；不过与NAND Flash相比，NOR Flash的写入速度一般来说会慢很多。

NAND Flash

东芝在1989年发表了NAND Flash架构，这种存储器的访问方式类似硬盘、储存卡之类的区块性存储设备，每个区块由数个页所构成。一般来说这些页的大小为512[6]或2048或4096字节。在各个页之间彼此的连接区域会有几个字节（一般而言是数据大小的1/32），这些空间用于存储错误修正码的校验和。以下是一些典型的区块大小：

• 每32个512+ 16位组的页为1个大小是16KB的区块
• 每64个2048+ 64位组的页为1个大小是128KB的区块
• 每64个4096+128位组的页为1个大小是256KB的区块
• 每128个4096+128位组的页为1个大小是512KB的区块

读取与写入动作可以以“页”为单位偏移量进行，抹除动作只能以“区块”为单位偏移量进行。NAND Flash还有一项限制就是区块内的数据只能序列性的写入。操作次数（Number of Operations, NOPs）则代表“页”可以被写入的次数。NAND Flash也需要由设备驱动程序软件或分离的控制器芯片来进行坏区管理，例如SD卡内部便包含实行坏区管理与耗损平衡的电路。当一个逻辑区被高级软件访问时，逻辑区对应到实体区的工作则由驱动程序或控制器进行。