NandFlash NorFlash

摘要：本文小结一下NandFlash和NorFlash的结构和驱动，以及NandFlash和NorFlash常见的问题，包括NandFlash和NorFlash的区别、用途等等。
1 结构
1.1 NandFlash
1.1.1 NandFlash的结构
  本文以K9K8G08U0B为例，研究一下NandFlash的结构。一般在NandFlash的datasheet中，会有个存储阵列图，如：

• 首先，需要知道的是：K9K8G08U0B主要以page（页）为单位进行读写，以block（块）为单位进行擦除。每一页中又分为main区和spare区，main区用于正常数据的存储，spare区用于存储一些附加信息，如块好坏的标记、块的逻辑地址、页内数据的ECC校验和等。
• 其次，在上图中很容易看得出（原图中右边已经计算好了）：K9K8G08U0B的一页为（2K＋64）字节（2K表示的是main区容量， 64表示的是spare区容量）；它的一块为64页；而整个设备包括了8192个块。这样算下来一共有8448M位容量，如果只算main区容量则有1024M字节（即1024M×8位）。
• 最后，如何通过8个IO口来要访问这么大的容量，我们接着看上图：K9K8G08U0B用5个周期来实现，第一个周期访问的地址为A[0:7]；第二个周期访问的地址为A[8:11]，它作用在IO[0:3]上，而此时IO[4:7]必须为低电平；第三个周期访问的地址为A[12:19]；第四个周期访问的地址为A[20:27]；第五个周期访问的地址为A[28:30]，它作用在IO[0:2]上，而此时IO[3:7]必须为低电平。
  我们来解释一下这些地址的含义（原图中右边已经标识过了），这些地址被分为列地址A[0:11]和行地址A[12:30]，而行地址A[12:30]中，A[12:17]表示页地址，A[18:30]表示块地址。即：（2K＋64）个byte用12bit来表示（由于存在spare area），占用A[0:11]，表示该数据（单位为byte）在页内的相对地址；64个page需要6bit来表示，占用A[12:17]，表示该page在块内的相对地址；8192个block需要13bit来表示，占用A[18:30]，表示该block在flash内的相对地址。
  综上不难看出，列地址是用于寻址页内空间；行地址用于寻址页，如果要直接访问块，则需要从地址A[18]开始。

1.1.2 NandFlash的驱动
  读写NandFlash的实现，可参考：http://blog.csdn.net/intint/article/details/4664685。
1.1.3 NandFlash小结
  NandFlash通过驱动去按一定步骤操作CPU内集成的NandFlash控制器(一般集成在CPU内部，也有外部扩展的)的寄存器（硬件提供控制器基地址和寄存器偏移地址）来间接寻址实现读取数据。而其实这些寄存器对应的就是IO引脚，那么操作寄存器就是操作IO引脚的时序到对端，这样就实现了发送命令字和地址序列进行读写操作。需要注意的是，由于地址/数据的IO引脚不够，即NandFlash地址只能在I/O[7:0]上传递，导致NandFlash地址分多次传递，所以驱动代码中的地址值会有移位和多次传递）。
1.2 NorFlash
1.2.1 NorFlash的结构和驱动
  待后面项目遇到后补充......。
1.2.2 NorFlash小结
  NorFlash通过一次性的直接寻址实现读取数据。
2 常见问题
2.1 NandFlash和NorFlash之间的区别？
  首先，NorFlash有足够多的地址线使得CPU能够寻址到每一个存储单元上去，这也意味着CPU能够直接通过总线访问Norflash上存储的内容。而NandFlash仅有8个IO引脚传递地址（地址和数据共用）显然不够用，实际上NandFlash是通过Nandflash控制器(这个一般集成在CPU内部)来完成读写操作的。
  其次，Norflash支持片内执行；NandFlash不支持片内执行。
  另外，关于二者功能性和性能性的区别，网上一搜一大片，这里不再重复。
2.2 NandFlash和NorFlash有哪些用途？
  对于NorFlash来说，由于其XIP特性，但也受制于很低的写入和擦除速度，通常被用于uboot、BIOS。而对于NandFlash，由于其没有挂在地址总线上，通常被用于从NAND读到CPU内部的SRAM里执行。
  总而言之，一般在系统启动时，通常用一块小NorFlash运行启动，再通过NandFlash启动。但有的CPU，如s3c2410支持将一定大小的程序从NandFlash读到CPU内部的SRAM里，从SRAM启动，再通过NandFlash启动。
2.3 NorFlash能片内执行，但NandFlash为什么不支持片内执行？
  首先，由于NorFlash地址线和数据线是分开的（跟SDRAM一样），可以被直接寻址，符合CPU取指令译码的要求（CPU送一个地址出来，Norflash就能给一个数据让CPU执行，中间不需要额外的处理操作）。而NandFlash共用地址线和数据线（只有控制线和8个IO引脚，分时传送控制、地址和数据信息），需要额外Nandflash控制器(一般集成在CPU内部)间接寻址，不符合符合CPU取指令译码的要求（CPU把地址发出来之后，并不能直接得到数据，还需要控制线的操作才能完成）。但可以增加硬件电路和软件支持，也可以使得NandFlash支持XIP。
     总而言之，RAM和NorFlash都具有并行的地址和数据端口，所以他们可以被直接寻址。而NandFlash是没有这样的完整端口，他需要驱动，才能读出数据。
     需要注意的是，片内执行(XIP, eXecute In Place)不是说程序在存储器内执行哦。norflash XIP，是指CPU（CPU的基本功能就是取指、译码和执行）的取指模块能够直接从norflash中把指令取出来，供后面的译码和执行模块使用。
  其次，芯片内执行主要是是看芯片可不可以线性存储代码（假如硬件支持芯片接口），只要能保证芯片的存储空间是线性的（也就是无坏块），都可以片上执行。但是在读取Flash时候，容易出现“位翻转，而NAND的出现几率要比NorFlash大得多。那么，如果能保证不出错，比如说在执行CODE之前去做一次ECC校验,来确保CODE是连续正确的，NandFlash也还是可以进行XIP。有人这么做了,而且也证明是成功的。
     总而言之，所谓XIP，就是CODE是在FLASH上直接运行. NandFLASH只是不适合做XIP,但并不是不能做XIP。
2.4 NorFlash既然不仅可以记忆数据而且可以运行程序，是不是可以不要RAM？
  首先，理论上找一个大一点儿的norflash也应该可以，但事实上是不行的，因为程序执行时中间要用到一些临时变量等，这些变量是要频繁读写的，flash的擦写是有次数的（一般几万次到几百万次），对于一个高速的CPU像操作变量一样擦写flash，估计很快就挂了。
  其次，NorFlash的速度比起RAM来差得多，况且这些临时变量并不需要永久保存，可以掉丢失。
2.5 NandFlash物理地址如何计算？
  NandFlash是块设备，没有物理地址，那么它需要靠操作NandFlash控制器的寄存器实现读写。

27/08/2020
2.6 spi flash?
选自:【原创】【SPI】SPI Flash介绍
  SPI一种通信接口。那么严格的来说SPI Flash是一种使用SPI通信的Flash，即，可能指NOR也可能是NAND。但现在大部分情况默认下人们说的SPI Flash指的是SPI NorFlash。早期Norflash的接口是parallel的形式，即把数据线和地址线并排与IC的管脚连接。但是后来发现不同容量的Norflash不能硬件上兼容（数据线和地址线的数量不一样），并且封装比较大，占用了较大的PCB板位置，所以后来逐渐被SPI（串行接口）Norflash所取代。同时不同容量的SPI Norflash管脚也兼容封装也更小。，至于现在很多人说起NOR flash直接都以SPI flash来代称。
  NorFlash根据数据传输的位数可以分为并行（Parallel，即地址线和数据线直接和处理器相连）NorFlash和串行（SPI，即通过SPI接口和处理器相连）NorFlash；区别主要就是：1、SPI NorFlash每次传输一bit位的数据，parallel连接的NorFlash每次传输多个bit位的数据（有x8和x16bit两种）； 2、SPI NorFlash比parallel便宜，接口简单点，但速度慢。
2.7 XIP?
选自:XIP技术
  什么是XIP？工作原理又是怎么样的？
  XIP eXecute In Place，即芯片内执行，指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。flash内执行是指nor flash 不需要初始化，可以直接在flash内执行代码。但往往只执行部分代码，比如初始化RAM。
  （注：片内执行不是说程序在存储器内执行哦，CPU的基本功能就是取指、译码和执行。norflash能在芯片内执行，就是指CPU的取指模块能够直接从norflash中把指令取出来，供后面的译码和执行模块使用）
个人理解，想要能够片内执行，需要能够被CPU随机访问任何一个地址。