MCU扩容新选择——SD NAND（单片机上搭配的SPI NOR FLASH容量告急！）

news2024/11/26 17:32:34

注意：

前言：　

问题与需求：

SD NAND方案：

NOR 与 NAND的区别：

总结：

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128MB 详情页：

PS:

传送门：

退路：

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注意：

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。

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问题与需求：

　　随着物联网的兴起，MCU的应用日益广泛。过去，内置EEPROM或外置小容量NOR Flash能够满足大部分需求。然而，随着技术的发展和应用需求的增加，MCU需要支持的功能和存储的数据量也在不断增加，包括系统扩展、音频、图像（GUI）、视频缓存以及协议栈等。

　　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。

SD NAND方案：

此时，有人可能会考虑使用NAND Flash，但如果MCU不支持NAND Flash，是否需要更换平台重新开发呢？

实际上，现在有一种名为SD NAND的解决方案可供选择。SD NAND结合了NAND Flash的架构和SD协议，只要MCU支持SD2.0协议，就可以使用。SD NAND通常以SPI模式工作，若需要更高速度且IO口足够，还可以使用SD模式。它内置了ECC、坏块管理和均衡擦写等功能，用户无需额外编写驱动来管理NAND Flash。不过，对于性能较弱的MCU，这些功能可能无法完全发挥。

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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。

NOR 与 NAND的区别：

　　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。

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。