【转载】Flash EEPROM

前言：本文大部分转自：    作者：xiaochunyang    个人理解：其文章处Flash特指Nor Flash

1. 历史演进（选自：EEPROM和flash的区别）
  ROM:最初不能编程，出厂什么内容就永远什么内容，不灵活。
  PROM:后来出现了prom，可以自己写入一次，要是写错了，只能换一片，自认倒霉。
  EPROM:人类文明不断进步，终于出现了可多次擦除写入的EPROM，每次擦除要把芯片拿到紫外线上照一下，想一下你往单片机上下了一个程序之后发现有个地方需要加一句话，为此你要把单片机放紫外灯下照半小时，然后才能再下一次，这么折腾一天也改不了几次。
  EEPROM:历史的车轮不断前进，伟大的EEPROM出现了，拯救了一大批程序员，终于可以随意的修改rom中的内容了。这种rom的特点是可以随机访问和修改任何一个字节，可以往每个bit中写入0或者1。这是最传统的一种EEPROM，掉电后数据不丢失，可以保存100年，可以擦写100w次。具有较高的可靠性，但是电路复杂，成本也高。
  Nor Flash:1988年，Intel发明了一种可快速编程的EEPROM，为了便于市场推广，特意将其命名为Flash EEPROM，后来简称Flash，这就是Flash的由来。Flash改进了擦除时不再以字节为单位，而是以块为单位，一次简化了电路，数据密度更高，降低了成本。
  Nand Flash:1989年，东芝公司发表了NAND flash结构,强调降低每比特的成本，更高的性能。 以块为单位读写。Nand Flash每个块的最大擦写次数是一百万次，而Nor Flash的擦写次数是十万次。 显然， Nand Flash的擦除次数是Nor的数倍。而且Nand Flash可以标记坏块，从而使软件跳过坏块。Nor Flash 一旦损坏便无法再用。

2. 常识问题
2.1 Flash 属于 ROM 嘛？
  从历史演进来看，（选自：    作者：xiaochunyang）
1988年，Intel发明了一种可快速编程的EEPROM，为了便于市场推广，特意将其命名为Flash EEPROM，后来简称Flash，这就是Flash的由来。可见从器件的角度讲，Flash天生就是ROM芯片的一种。甚至，以逻辑原则，在数学上可以这么认为：Flash集合、EEPROM集合、EPROM集合、PROM集合、ROM集合间的关系，前者均是后者的真子集。关于这个问题，其实在多年前本栏目曾发生过一场争论，有个网友不愿接受我的前述说法，而且口出恶言，甚至在我拿出世界上第一款Flash芯片的原文器件手册，上面清清楚楚的写着Flash EEPROM的字样也愿不承认……

  从硬件技术来看，（选自：）EEPROM,EPROM,FLASH 都是基于一种浮栅管单元(Floating gate transister)的结构。EPROM的浮栅处于绝缘的二氧化硅层中，充入的电子只能用紫外线的能量来激出，EEPROM的单元是由FLOTOX(Floating- gate tuneling oxide transister)及一个附加的Transister组成，由于FLOTOX的特性及两管结构，所以可以单元读/写。技术上，FLASH是结合EPROM和EEPROM技术达到的，很多FLASH使用雪崩热电子注入方式来编程，擦除和EEPROM一样用 Fowler-Nordheim tuneling。但主要的不同是，FLASH对芯片提供大块或整块的擦除，这就降低了设计的复杂性，它可以不要 EEPROM单元里那个多余的Tansister，所以可以做到高集成度，大容量，另FLASH的浮栅工艺上也不同，写入速度更快。

  总而言之，言而总之，（选自：    作者：xiaochunyang）
Flash的操作特性完全符合EEPROM的定义，属EEPROM无疑，首款Flash推出时其数据手册上也清楚的标明是EEPROM，现在的多数Flash手册上也是这么标明的，二者的关系是“白马”和“马”。至于为什么业界要区分二者，主要的原因是 Flash EEPROM的操作方法和传统EEPROM截然不同，次要的原因是为了语言的简练，非正式文件和口语中Flash EEPROM就简称为Flash，这里要强调的是白马的“白”属性而非其“马”属性以区别Flash和传统EEPROM。

2.2 Flash 和 EEPROM 区别？
  从技术特性来看，（选自：EEPROM/NOR FLASH/NANO FLASH的区别）
EEPROM 可以按位（实际应用通常按字节读写）擦写。
Nor Flash 字节读取，块写入。是INTEL率先推出的存储技术，在很多领域替代了EEPROM，也可以在它上面直接运行代码，而且由于FLASH的电路结构较简单，同样容量占芯片面积较小，价格成本自然比EEPROM低。另外由于是按块擦除，所以写入速度相比EEPROM更快，而读速度二者并无差别。
Nand Flash 块读取，块写入。是东芝率先推出的存储技术，优点是数据存储密度高，单位容量相比Nor Flash要便宜不少，读取速度比Nor Flash慢一点，但是擦写速度快很多。但是，因为无法字节读取，所以无法直接在它上面运行程序代码，但可以通过接口驱动程序MTD技术实现运行程序代码。

  从而导致市场情况，
（选自（原文2011年写的）：EEPROM和flash的区别）
EEPROM 电路复杂，成本也高，所以一般容量也都不大。因此目前的EEPROM都是几KByte到几百KByte的，绝少有超过512KByte的。
Nand Flash 内部电路更简单，因此数据密度大，体积小，成本也低。 因此大容量的Flash都是Nand型的， 而小容量的2～12MByte的Flash多是Nor型的。

（选自（原文2010年写的）：）
市面上卖的stand alone 的EERPOM 一般都是在8KByte以下, 而Nor Flash 一般都是1MByte以上。

（选自（原文2002年写的）：NAND和NOR flash技术设计师在使用闪存时需要慎重选择）
NOR一般只用来存储少量的代码，应用程序可以直接片内执行，所以1～4MB的小容量时具有很高的成本效益。NOR Flash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分。
而NAND Flash只是用在8～128MB的产品当中。

（选自：    作者：xiaochunyang）
Flash用作程序存储器，EEPROM则更多的用作非易失的数据存储器。当然用FLASH做数据存储器也行，但操作比EEPROM麻烦的多，所以更“人性化”的MCU设计会集成FLASH和EEPROM两种非易失性存储器，而廉价型设计往往只有 FLASH，早期可电擦写型MCU则都是EEPRM结构，现在已基本上停产了。
Flash的特点是结构简单，同样工艺和同样晶元面积下可以得到更高容量且大数据量下的操作速度更快，但缺点是操作过程麻烦，特别是在小数据量反复重写时，所以在MCU中Flash结构适于不需频繁改写的程序存储器。在很多应用中，需要频繁的改写某些小量数据且需掉电非易失，传统结构的EEPROM在此非常适合，所以很多MCU内部设计了两种EEPROM结构，FLASH的和传统的以期获得成本和功能的均衡，这极大的方便了使用者。

2.3 MCU 内部/片上 Flash 用作/模拟 EEPROM ？
（选自：    作者：xiaochunyang）
随着ISP、IAP的流行，特别是在程序存储地址空间和数据存储地址空间重叠的MCU系中，现在越来越多的MCU生产商用支持IAP的程序存储器来模拟EEPROM对应的数据存储器（其实是采用IAP 技术读写内部FLASH 来实现EEPROM），这是低成本下实现非易失数据存储器的一种变通方法。为在商业宣传上取得和双EEPROM工艺的“等效”性，不少采用Flash程序存储器“模拟”（注意，技术概念上并非真正的模拟）EEPROM数据存储器的厂家纷纷宣称其产品是带EEPROM的，严格说，这是非常不严谨的，但商人有商人的目的和方法，用Flash“模拟”EEPROM可以获取更大商业利益。

2.4 EEPROM 模拟 Flash ？
（选自：    作者：xiaochunyang）
从成本上讲，用Flash“模拟”EEPROM是合算的，反之不会有人干，那么那位“总工”和楼上某网友所说的用EEPROM模拟Flash是怎么回事呢？这可能出在某些程序存储空间和数据存储空间连续的MCU上。这类MCU中特别是存储容量不大的低端MCU依然采用EEPROM作为非易失存储器，这在成本上反而比采用Flash和传统EEPROM双工艺的设计更低，但这种现象仅仅限于小容量前提下。因Flash工艺的流行，现在很多商人和不够严谨的技术人员将程序存储器称为Flash，对于那些仅采用传统EEPROM工艺的MCU而言，他们不求甚解，故而错误的将EEPROM程序存储器称为“ 模拟Flash”，根本的原因是他们未理解Flash只是一种存储器结构而非存储器的用途，错误的前提自然导致错误的结论。商业上讲，用EEPROM模拟 Flash是不会有人真去做的愚蠢行为，这违背商业追求最大利益的原则，技术上也不可行，而对于技术人员而言，尤其是IC业内的“总工”如果再这么讲那只能说明他或她要么根本不了解相关技术细节，要么非常不严谨，这都不符合“总工”的身份。本质的问题是Flash是一种存储器类型而非MCU中的程序存储器，即使MCU的程序存储器用的是Flash，但其逆命题不成立。