Nor Flash的理论性能

简介#

为了评估Nor性能优化空间，我需要根据Spec计算出极限情况下，Nor Flash的性能理论值。

在全志的R**相关项目中分别支持ESMT、MXIC、Winbond、GD这4个厂家的Nor Flash，具体型号不方便透露，其规格书参数如下：

厂家	写(ms)	4K擦除(ms)	32K擦除(ms)	64K擦除(ms)	全盘擦除(s)
MXIC	0.33~1.2	25~120	140~650	250~650	26~60
Winbond	0.7~3	45~400	120~1600	150~2000	40~200
GD	0.5~2.4	50~400	160~800	300~1200	50~120
ESMT	0.5~3	40~300	200~1000	300~2000	60~200

上表是Spec中记录的典型时间到最大时间。

Flash有写前必须擦除的特性，为了简化计算，我们忽略除了擦除、写外的损耗，例如WREN:Write Enable等，例如传输损耗。由此计算出的性能会比实际性能略高，但也足以让我们对其性能有个直观认识。

我以性能较高的MXIC的Nor Flash为例，计算理论性能

理论性能#

关键词说明如下：

Copy
EraseTime: 擦除(erase)时间
EraseSize: 擦除的大小
WriteTime: 写(write)时间
WriteCount: 一次擦除可以写多少笔数据
BlockSize: 块大小

Flash的特性要求必须先擦除后写，Nand如此，Nor也如此。

在spiffs的代码中，我们可以看到对nor的一个特殊应用：某些标志bit不擦除，直接写。是的，Nor也支持不擦除直接写，但只支持1->0的编程，因此spiffs中只用作某个1->0的标志bit也是可以的。但对大多数情况，为了不丢失数据，我们务必擦除后再写。

综合上擦除和写的时间：

Copy
Time(ms)  = EraseTime + WriteTime * WriteCount

在Nor中，我们假设每次写256B的数据(1Page)，那么1次4K擦除可以写16笔数据，1次32K擦除可以写128笔数据，1次64K擦除可以写256笔数据。

因此，理论性能应该为：

Copy
Speed = EraseSize / (EraseTime + WriteTime * WriteCount)

以MXIC的4K大小擦除块为例：

Copy
性能 = 4KB / (25ms + 0.33ms * (4KB / 256B)) = 4 KB / 30.28ms = 132.1 KB/s

类似的，根据上述的计算方法，我们统计的各厂家理论性能如下(KB/s)：

厂家	4K擦除	32K擦除	64K擦除
MXIC	132.10	176.23	191.34
Winbond	71.17	153.70	194.41
GD	68.97	142.86	149.53
ESMT	83.33	121.67	149.53

务必注意的是，上述理论性能是按Spec的Typ时间计算的，实际使用中，擦除和写的耗时随着使用寿命的增加而增加。而对于一块全新Flash来说，其写和擦除的耗时应该会比Spec的Typ时间要少。因此也就不奇怪我实测的性能会比Spec的理论性能要略高：

厂家	4K擦除
MXIC	140
Winbond	117
GD	88
ESMT	101

上述测试的性能，是不经过FS的裸设备操作性能，且驱动中完全无buffer，文件系统/驱动的缓存对性能还是有比较大影响的。此外除了硬件损耗之外，驱动软件在检查Busy标志的延时精度也会造成一些损耗。