18、闪存技术全解析：从NAND Flash到MTD设备

闪存技术全解析：从NAND Flash到MTD设备

1. NAND Flash概述

NAND Flash是一种非易失性存储技术，相比NOR Flash，它具有成本低、容量高的优势。早期的NAND芯片采用单层单元（SLC）架构，每个存储单元存储1位数据；后来发展到多层单元（MLC），每个单元存储2位数据；如今则有三层单元（TLC），每个单元可存储3位数据。不过，随着每个单元存储位数的增加，存储的可靠性会下降，需要更复杂的控制器硬件和软件来补偿。如果对可靠性要求较高，建议使用SLC NAND Flash芯片。

NAND Flash以擦除块的形式组织，擦除块大小从16 KiB到512 KiB不等。擦除一个块会将所有位设置为1，但在块变得不可靠之前的擦除周期数相对较低，例如TLC芯片通常只有1K次，而SLC可达100K次。NAND Flash只能按页（通常为2或4 KiB）进行读写，不能按字节访问，因此代码和数据在访问前需要先复制到RAM中。

数据传输过程中容易出现位翻转问题，可使用纠错码（ECC）来检测和纠正。SLC芯片一般使用简单的汉明码，可通过软件高效实现，能纠正页面读取中的单一位错误；MLC和TLC芯片则需要更复杂的编码，如Bose-Chaudhuri-Hocquenghem（BCH）码，可纠正每页多达8位的错误，且需要硬件支持。

为了存储ECC，每页有一个额外的区域，称为带外（OOB）区域或备用区域。SLC设计通常每32字节主存储有1字节的OOB，对于2 KiB页面设备，每页OOB为64字节；4 KiB页面则为128字节。MLC和TLC芯片的OOB区域相对更大，以适应更复杂的ECC。

在生产过程中，制造商会测试所有块，并通过在块中每页的O