對(duì)于許多消費(fèi)類音視頻產(chǎn)品而言，NAND閃存是一種比硬盤驅(qū)動(dòng)器更好的存儲(chǔ)方案，這在不超過(guò)4GB的低容量應(yīng)用中表現(xiàn)得猶為明顯。隨著人們持續(xù)追求功耗更低、重量更輕和性能更佳的產(chǎn)品，NAND正被證明極具吸引力。

NAND閃存陣列分為一系列128kB的區(qū)塊（block），這些區(qū)塊是NAND器件中最小的可擦除實(shí)體。擦除一個(gè)區(qū)塊就是把所有的位（bit）設(shè)置為“1”（而所有字節(jié)（byte）設(shè)置為 FFh）。有必要通過(guò)編程，將已擦除的位從“1”變?yōu)椤?”。最小的編程實(shí)體是字節(jié)（byte）。一些NOR閃存能同時(shí)執(zhí)行讀寫操作（見(jiàn)下圖1）。雖然 NAND不能同時(shí)執(zhí)行讀寫操作，它可以采用稱為“映射（shadowing）”的方法，在系統(tǒng)級(jí)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這種方法在個(gè)人電腦上已經(jīng)沿用多年，即將 BIOS從速率較低的ROM加載到速率較高的RAM上。

NAND的效率較高，是因?yàn)镹AND串中沒(méi)有金屬觸點(diǎn)。NAND閃存單元的大小比NOR要小（4F2：10F2）的原因，是NOR的每一個(gè)單元都需要獨(dú)立的金屬觸點(diǎn)。NAND與硬盤驅(qū)動(dòng)器類似，基于扇區(qū)（頁(yè)），適合于存儲(chǔ)連續(xù)的數(shù)據(jù)，如圖片、音頻或個(gè)人電腦數(shù)據(jù)。雖然通過(guò)把數(shù)據(jù)映射到RAM上，能在系統(tǒng)級(jí)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)存取，但是，這樣做需要額外的RAM存儲(chǔ)空間。此外，跟硬盤一樣，NAND器件存在壞的扇區(qū)，需要糾錯(cuò)碼（ECC）來(lái)維持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性。

存儲(chǔ)單元面積越小，裸片的面積也就越小。在這種情況下，NAND就能夠?yàn)楫?dāng)今的低成本消費(fèi)市場(chǎng)提供存儲(chǔ)容量更大的閃存產(chǎn)品。NAND閃存用于幾乎所有可擦除的存儲(chǔ)卡。NAND的復(fù)用接口為所有最新的器件和密度都提供了一種相似的引腳輸出。這種引腳輸出使得設(shè)計(jì)工程師無(wú)須改變電路板的硬件設(shè)計(jì)，就能從更小的密度移植到更大密度的設(shè)計(jì)上。

NAND 與NOR閃存比較

NAND閃存的優(yōu)點(diǎn)在于寫（編程）和擦除操作的速率快，而NOR的優(yōu)點(diǎn)是具有隨機(jī)存取和對(duì)字節(jié)執(zhí)行寫（編程）操作的能力（見(jiàn)下圖圖2）。NOR的隨機(jī)存取能力支持直接代碼執(zhí)行（XiP），而這是嵌入式應(yīng)用經(jīng)常需要的一個(gè)功能。NAND的缺點(diǎn)是隨機(jī)存取的速率慢，NOR的缺點(diǎn)是受到讀和擦除速度慢的性能制約。NAND較適合于存儲(chǔ)文件。如今，越來(lái)越多的處理器具備直接NAND接口，并能直接從 NAND（沒(méi)有NOR）導(dǎo)入數(shù)據(jù)。

NAND的真正好處是編程速度快、擦除時(shí)間短。NAND支持速率超過(guò)5Mbps的持續(xù)寫操作，其區(qū)塊擦除時(shí)間短至2ms，而NOR是750ms。顯然，NAND在某些方面具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。然而，它不太適合于直接隨機(jī)存取。

對(duì)于16位的器件，NOR閃存大約需要41個(gè)I/O引腳;相對(duì)而言，NAND器件僅需24個(gè)引腳。NAND器件能夠復(fù)用指令、地址和數(shù)據(jù)總線，從而節(jié)省了引腳數(shù)量。復(fù)用接口的一項(xiàng)好處，就在于能夠利用同樣的硬件設(shè)計(jì)和電路板，支持較大的NAND器件。由于普通的TSOP-1封裝已經(jīng)沿用多年，該功能讓客戶能夠把較高密度的NAND器件移植到相同的電路板上。NAND器件的另外一個(gè)好處顯然是其封裝選項(xiàng)：NAND提供一種厚膜的2Gb裸片或能夠支持最多四顆堆疊裸片，容許在相同的TSOP-1封裝中堆疊一個(gè)8Gb的器件。這就使得一種封裝和接口能夠在將來(lái)支持較高的密度。

圖1 不同閃存單元的對(duì)比

圖2 NOR閃存的隨機(jī)存取時(shí)間為0.12ms，而NAND閃存的第一字節(jié)隨機(jī)存取速度要慢得多

NAND基本操作

以2Gb NAND器件為例，它由2048個(gè)區(qū)塊組成，每個(gè)區(qū)塊有6？個(gè)頁(yè)（見(jiàn)圖3）。

圖3 2GB NAND閃存包含2，048個(gè)區(qū)塊

每一個(gè)頁(yè)均包含一個(gè)2048字節(jié)的數(shù)據(jù)區(qū)和6？字節(jié)的空閑區(qū)，總共包含 2，112字節(jié)?？臻e區(qū)通常被用于ECC、耗損均衡（wear leveling）和其它軟件開(kāi)銷功能，盡管它在物理上與其它頁(yè)并沒(méi)有區(qū)別。NAND器件具有8或16位接口。通過(guò)8或16位寬的雙向數(shù)據(jù)總線，主數(shù)據(jù)被連接到NAND存儲(chǔ)器。在16位模式，指令和地址僅僅利用低8位，而高8位僅僅在數(shù)據(jù)傳輸周期使用。

擦除區(qū)塊所需時(shí)間約為2ms。一旦數(shù)據(jù)被載入寄存器，對(duì)一個(gè)頁(yè)的編程大約要300μs。讀一個(gè)頁(yè)面需要大約25μs，其中涉及到存儲(chǔ)陣列訪問(wèn)頁(yè)，并將頁(yè)載入 16，8？6位寄存器中。

除了I/O總線，NAND接口由6個(gè)主要控制信號(hào)構(gòu)成：

1.芯片啟動(dòng) （Chip Enable， CE#）：如果沒(méi)有檢測(cè)到CE信號(hào)，那么，NAND器件就保持待機(jī)模式，不對(duì)任何控制信號(hào)作出響應(yīng)。

2. 寫使能（Write Enable， WE#）： WE#負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)、地址或指令寫入NAND之中。

3.讀使能（Read Enable， RE#）： RE#允許輸出數(shù)據(jù)緩沖器。

4.指令鎖存使能（Command Latch Enable， CLE）： 當(dāng)CLE為高時(shí)，在WE#信號(hào)的上升沿，指令被鎖存到NAND指令寄存器中。

5.地址鎖存使能（Address Latch Enable， ALE）：當(dāng)ALE為高時(shí)，在WE#信號(hào)的上升沿，地址被鎖存到NAND地址寄存器中。

6. 就緒/忙（Ready/Busy， R/B#）：如果NAND器件忙，R/B#信號(hào)將變低。該信號(hào)是漏極開(kāi)路，需要采用上拉電阻。

數(shù)據(jù)每次進(jìn)/出NAND寄存器都是通過(guò)16位或8位接口。當(dāng)進(jìn)行編程操作的時(shí)候，待編程的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)寄存器，處于在WE#信號(hào)的上升沿。在寄存器內(nèi)隨機(jī)存取或移動(dòng)數(shù)據(jù)，要采用專用指令以便于隨機(jī)存取。

數(shù)據(jù)寄存器輸出數(shù)據(jù)的方式與利用RE#信號(hào)的方式類似，負(fù)責(zé)輸出現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，并增加到下一個(gè)地址。WE#和RE#時(shí)鐘運(yùn)行速度極快，達(dá)到30ns的水準(zhǔn)。當(dāng)RE#或CE#不為低的時(shí)候，輸出緩沖器將為三態(tài)。這種CE#和RE#的組合使能輸出緩沖器，容許NAND閃存與NOR、SRAM或DRAM等其它類型存儲(chǔ)器共享數(shù)據(jù)總線。該功能有時(shí)被稱為“無(wú)需介意芯片啟動(dòng)（chip enable don‘t care）”。這種方案的初衷是適應(yīng)較老的NAND器件，它們要求CE#在整個(gè)周期為低（譯注：根據(jù)上下文改寫）。