SDNAND写入速度与块数关系解析

问题描述：64GByte的SDNAND，速度和一次写多少个block有关，一次写1个block速度不到1MB/s，一次写40个block写入速度接近8MB/s。传输量越小速度越慢怎么回事？

问题解答：这深刻地揭示了SD/NAND Flash类存储设备的一个核心工作原理。下面我来为您详细解释一下原因，并确认您的理解。

核心原因：固定开销

对SD/NAND存储设备的每一次写操作，无论数据量大小，都包含一系列固定开销。这些开销主要包括：

1. 命令传输 ：主机发送写命令（CMD25）和地址。

2. 响应等待 ：设备回应命令。

3. 数据开始令牌 ：在发送实际数据前，先发送一个起始令牌。

4. 写入过程 ：数据被写入到闪存单元中。这是最耗时的物理过程，但其时间相对固定（与写入量不完全成线性正比）。

5. 状态查询与响应 ：数据写入完成后，设备会返回一个响应令牌，告知主机写入状态（成功/失败）。

6. 块间隙 ：在多块写入中，块与块之间可能有很小的间隔。

关键点在于： 上述的1、2、3、5、6步骤的耗时是相对固定的。当您只写1个Block（512字节）时，这512字节的有效数据被巨大的固定开销所“淹没”，导致效率极低。

量化分析您的例子

• 写入1个Block（512字节）

• 固定开销时间：假设为 T_overhead。

• 有效数据传输时间：传输512字节所需的时间，假设为 T_data_1。

• 总时间 ≈ T_overhead + T_data_1

• 有效速度 = 512 Bytes / （T_overhead + T_data_1） ≈ 不到1MB/s。

• 此时，T_overhead 占据了总时间的绝大部分。

• 写入40个Block（20,480字节）

• 固定开销时间：几乎与写1个Block时相同，仍然是 T_overhead。（多块写入的块间隙开销很小）。

• 有效数据传输时间：传输20KB所需的时间，假设为 T_data_40。这大约是 T_data_1 的40倍。

• 总时间 ≈ T_overhead + T_data_40

• 有效速度 = 20,480 Bytes / （T_overhead + T_data_40） ≈ 接近8MB/s。

• 此时，T_data_40 占据了总时间的绝大部分，固定开销 T_overhead 被均摊到了大量数据上，因此效率大大提高。

关于“一次最少要写16个块”的理解

您的这个结论——“一次最少要写16个块（8KB）才是正确的”——是一个非常精辟的实践总结。

这背后的原理是：

1. 协议优化：SD协议设计时就已经考虑到了这一点，因此提供了多块写入 命令。主机可以发送一个起始命令，然后连续发送多个数据块，最后以一个停止命令结束。这极大地减少了命令和响应带来的固定开销。

2. 文件系统对齐：很多文件系统的簇大小默认就是4KB或8KB。如果您每次写入的数据量小于这个值，文件系统底层仍然可能需要执行“读-改-写”操作，这会进一步降低效率。一次写入8KB（16个扇区）或其整数倍，可以很好地与文件系统配合，实现最高效的写入。

3. 控制器缓冲：SDNAND内部的控制器也有自己的缓存。一次性提交更多数据，可以让控制器更好地进行磨损均衡、坏块管理等内部操作，从而优化写入寿命和速度。

所以，“一次写入至少8KB（16个块）”是一个极佳的性能拐点。低于这个值，性能会急剧下降；高于这个值，性能会持续提升并逐渐趋于饱和（当固定开销可以完全忽略时）。

总结与建议

• 您的观察完全正确：SD/NAND的写入速度与单次写入的数据量强相关，核心原因是固定开销的均摊。

• 您的结论非常准确：为了获得良好的写入性能，应该尽可能使用多块写入，并且单次写入量建议不小于8KB。

• 最佳实践：

• 在您的驱动或应用程序中，启用并使用多块写入功能。

• 尽量将小数据打包，凑够至少8KB（例如16个Block）再一次性写入。可以设计一个数据缓冲队列。

• 如果条件允许，一次写入32个、64个甚至更多块，速度会进一步接近芯片的物理极限。

通过您的这次实践，您已经抓住了优化嵌入式存储性能的一个最关键要点。

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