eMMC 原理 1 :Flash Memory 简介
eMMC 是 Flash Memory 的一类,在详细介绍 eMMC 之前,先简单介绍一下 Flash Memory。 Flash Memory 是一种非易失性的存储器。在嵌入式系统中通常用于存放系统、应用和数据等。在 PC 系统中,则主要用在固态硬盘以及主板 BIOS 中。另外,绝大部分的 U 盘、SDCard 等移动存储设备也都是使用 Flash Memory 作为存储介质。 1. Flash Memory 的主要特性与传统的硬盘存储器相比,Flash Memory 具有质量轻、能耗低、体积小、抗震能力强等的优点,但也有不少局限性,主要如下:
2. NOR Flash 和 NAND Flash根据硬件上存储原理的不同,Flash Memory 主要可以分为 NOR Flash 和 NAND Flash 两类。 主要的差异如下所示:
(注:NOR Flash 和 NAND Flash 的擦除都是按块块进行的,执行一个擦除或者写入操作时,NOR Flash 大约需要 5s,而 NAND Flash 通常不超过 4ms。) 2.1 NOR FlashNOR Flash 根据与 CPU 端接口的不同,可以分为 Parallel NOR Flash 和 Serial NOR Flash 两类。
图片: P
arallel NOR Flash 与 Serial NOR Flash
鉴于 NOR Flash 擦写速度慢,成本高等特性,NOR Flash 主要应用于小容量、内容更新少的场景,例如 PC 主板 BIOS、路由器系统存储等。 更多 NOR Flash 的相关细节,请参考?NOR Flash?章节。 2.2 NAND FlashNAND Flash 需要通过专门的 NFI(NAND Flash Interface)与 Host 端进行通信,如下图所示:
图片:NAND Fl
ash Interface
NAND Flash 根据每个存储单元内存储比特个数的不同,可以分为 SLC(Single-Level Cell)、MLC(Multi-Level Cell) 和 TLC(Triple-Level Cell) 三类。其中,在一个存储单元中,SLC 可以存储 1 个比特,MLC 可以存储 2 个比特,TLC 则可以存储 3 个比特。 NAND Flash 的一个存储单元内部,是通过不同的电压等级,来表示其所存储的信息的。在 SLC 中,存储单元的电压被分为两个等级,分别表示 0 和 1 两个状态,即 1 个比特。在 MLC 中,存储单元的电压则被分为 4 个等级,分别表示 00 01 10 11 四个状态,即 2 个比特位。同理,在 TLC 中,存储单元的电压被分为 8 个等级,存储 3 个比特信息。
图片: SLC、MLC?
与 TLC
NAND Flash 的单个存储单元存储的比特位越多,读写性能会越差,寿命也越短,但是成本会更低。Table 1 中,给出了特定工艺和技术水平下的成本和寿命数据。 Table 1
(注:以上数据来源于互联网,仅供参考) 相比于 NOR Flash,NAND Flash 写入性能好,大容量下成本低。目前,绝大部分手机和平板等移动设备中所使用的 eMMC 内部的 Flash Memory 都属于 NAND Flash。PC 中的固态硬盘中也是使用 NAND Flash。 更多 NAND Flash 的相关细节,请参考?NAND Flash?章节。 3. Raw Flash 和 Managed Flash由于 Flash Memory 存在按块擦写、擦写次数的限制、读写干扰、电荷泄露等的局限,为了最大程度的发挥 Flash Memory 的价值,通常需要有一个特殊的软件层次,实现坏块管理、擦写均衡、ECC、垃圾回收等的功能,这一个软件层次称为 FTL(Flash Translation Layer)。 在具体实现中,根据 FTL 所在的位置的不同,可以把 Flash Memory 分为 Raw Flash 和 Managed Flash 两类。
图片: Raw Flash 和 Managed Flash
Raw Flash Managed Flash 4. 参考资料
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