姓名：張揚

學號：19020100073

學院：電子工程學院

轉自：https://blog.csdn.net/weixin_42653531/article/details/90745042

【牽牛導讀】：本文將介紹對嵌入式系統(tǒng)存儲的理解

【牽牛鼻子】：嵌入式? 嵌入式系統(tǒng)存儲

【牽牛提問】：該如何理解嵌入式系統(tǒng)存儲？

【牽牛正文】：

1.儲存器系統(tǒng)層次結構

? ? *CPU內(nèi)部寄存器?

? ? *芯片內(nèi)部的高速緩存（cache）

? ? *芯片外的高速緩存（SRAM、DRAM寞肖、DDRAM）

? ? *主存儲器（Flash矢洲、PROM僧免、EPROM七兜、EEPROM）

? ? *外部存儲器（磁盤孽糖、光盤渴语、CF苹威、SD卡）

? ? *遠程二級存儲（分布式文件系統(tǒng)、Web服務器）

共六個層次結構遵班。這些設備從上到下屠升，依次變得更慢、訪問頻率更小狭郑、容量更大腹暖，每字節(jié)的造價也更加便宜。

在這種存儲器分層結構中翰萨，上面一層的存儲器做為下一層存儲器的高速緩存脏答。CPU寄存器就是cache的高速存儲器，寄存器保存來自cache的字亩鬼；cache又是內(nèi)存層的高速緩存殖告，從內(nèi)存層提取數(shù)據(jù)送給CPU進行處理，并將CPU處理的結果返回內(nèi)存當中雳锋；內(nèi)存又是主存儲器的高速緩存黄绩，它將經(jīng)常使用到的數(shù)據(jù)從Flash等主存儲器的提取出來，放到內(nèi)存中玷过，從而加快了CPU的運行效率爽丹。嵌入式的主存儲器的容量是有限的筑煮，當遇到大量信息數(shù)據(jù)時，就需要將其保存到磁盤粤蝎、光盤或CF真仲、SD卡等外部存儲器中，并在需要調用時從外部存儲器中提取調用數(shù)據(jù)初澎。在某些帶有分布式文件系統(tǒng)的嵌入式網(wǎng)絡系統(tǒng)中秸应，外部存儲器就作為其他系統(tǒng)中被存儲數(shù)據(jù)的高速緩存。

2.RAM的種類

RAM可以被讀和寫碑宴，但斷電數(shù)據(jù)會丟失软啼，它適合在程序運行時保存動態(tài)的信息數(shù)據(jù)。RAM可以分為SRAM(靜態(tài)隨機存儲器)和DRAM(動態(tài)隨機存儲器)延柠。這兩類具有不同的特征：

? ? ? ? SRAM比DRAM運行速度快

? ? ? ? SRAM比DRAM耗電多

? ? ? ? 在一個芯片上可以置放更多的DRAM

? ? ? ? DRAM需要周期性刷新

常見的RAM分類如下：

? ? SRAM(Static RAM焰宣，靜態(tài)隨機存儲器)

? ? SRAM是靜態(tài)的，因此只要供電它就會保持一個值捕仔。SRAM沒有刷新周期，有觸發(fā)器構成基本單元盈罐，集成度低榜跌，每個SRAM存儲單元由6個晶體管組成，因此成本較高盅粪。SRAM具有較高的速率钓葫，常常同于高速緩沖存儲器。

? ? DRAM(Dynamic RAM票顾，動態(tài)隨機存儲器)

? ? 這是一種以電荷形式進行存儲的半導體存儲器础浮。DRAM中的每一個存儲單元由一個晶體管和一個電容組成，數(shù)據(jù)存儲在電容器中奠骄。電容器會由于漏電而導致電荷丟失豆同，因而DRAM器件是不穩(wěn)定的。為了將數(shù)據(jù)保存在存儲器中含鳞，DRAM器件必需有規(guī)律地定時進行刷新影锈。

? ? DDRAM(Double Data Rate SDRAM，雙倍速率隨機存儲器)

? ? 隨著嵌入式處理器主頻的提高蝉绷，SDRAM的速度逐漸成了限制系統(tǒng)性能的瓶頸鸭廷。SDRAM通常只能工作咋133MHz主頻，而現(xiàn)在很多32位處理器的主頻已經(jīng)達到了200MHz以上熔吗。DDRAM就是這種需求下出現(xiàn)的辆床，目前已占據(jù)了內(nèi)存技術的主流，且價格便宜桅狠。

? ? DDRAM依靠一種叫做雙倍預人显亍（2n-prefetch）的技術轿秧，即在內(nèi)存芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)寬度是外部接口數(shù)據(jù)寬度的2倍，使峰值的讀寫速度達到輸入時鐘速率的2倍维雇，并且DDRAM允許在時鐘脈沖上升沿或下降沿傳輸數(shù)據(jù)淤刃，這樣不需要提高時鐘頻率就能加倍提高SDRAM的速度，并具有SDRAM多一倍的傳輸速率和內(nèi)存帶寬吱型。同時為了保證在高速運行時的信號完整性逸贾，DDRAM技術還采用了差分輸入的方式〗蛑停總的來說DDRAM采用更低的電壓铝侵、差分輸入和雙倍數(shù)據(jù)速率輸出等技術。

3.ROM的種類

? ? ? ROM的特點是在燒入數(shù)據(jù)后触徐，無需外加電源來保存數(shù)據(jù)咪鲜。斷電數(shù)據(jù)不丟失，但速度較慢撞鹉，因此適合存儲需長期保留的不變數(shù)據(jù)疟丙。常見ROM的分類如下：

? ? Mask ROM（掩膜ROM）

? ? 一次性由廠家寫入數(shù)據(jù)的ROM，用戶無法修改鸟雏。

? ? PROM（Programmable ROM 可編程ROM）

? ? 只允許用戶利用專門的設備（編程器）將自己的程序寫入一次享郊，一旦寫入后，其內(nèi)容將無法改變孝鹊。所以也叫做一次可編程只讀存儲器（One Time Programming ROM）炊琉。

? ? EPROM(Erasable Programmable ROM 電可擦寫ROM)

? ? 不僅可以由用戶利用編程器寫入程序，而且可以對其內(nèi)容進行多次改寫又活。出廠時其內(nèi)容為全“1”苔咪，用戶根據(jù)其程序將某些記憶單元改為“0”；當需要修改時需要將所有內(nèi)容擦除（恢復為“1”）柳骄，以便寫入新的內(nèi)容团赏。

? ? EPROM又分為兩種，UVEPROM(紫外線擦除)和EEPROM(電擦除)夹界。UVEPROM需要用紫外線燈制作的擦抹器照射存儲器芯片上的透明窗口馆里，使芯片原來的內(nèi)容被擦除。用紫外線進行擦除只能對整個芯片擦除可柿，而不能對芯片中個別需要改的存儲單元單獨擦除鸠踪。

? ? EPROM雖然即可讀又可“寫”，但它不能取代RAM复斥。因為EPROM的編程次數(shù)是有限的营密；而且它寫入的時間較長，即使對于EEPROM目锭，擦除一個字節(jié)需要約10ms评汰，寫入一個字節(jié)大約需要10us纷捞，比SRAM或DRAM的時間長100~1000倍。

? ? EEPROM(E2PROM)電可擦除可編程ROM

? ? EEPROM不但可以利用電壓的高低來寫入數(shù)據(jù)被去，還可以利用電壓的高低清除EEROM所存儲的數(shù)據(jù)主儡。EEPROM在數(shù)據(jù)清除時還可以針對個別的存儲單元進行清除操作，比起EPROM需要整個清除數(shù)據(jù)方便許多惨缆。EEPROM的數(shù)據(jù)存儲保持能力可以長達10年糜值，而數(shù)據(jù)清除再被規(guī)劃的次數(shù)可以達到一萬次以上，因此EEPROM的使用比EPROM更為普遍坯墨，而且更受歡迎寂汇。

? ? Flash ROM(閃速存儲器)

? ? Flash ROM 具有結構簡單、控制靈活捣染、編程可靠骄瓣、加可電擦寫快捷的優(yōu)點，而且集成度可以都做得很高耍攘，它綜合了前面的所有優(yōu)點：不會斷電丟失數(shù)據(jù)榕栏，快速讀取，可電擦寫可編程蕾各，因此在手機臼膏，PC，PPC等電器中成功地獲得了廣泛的應用示损。

4.Flash Memory的種類

Flash memory是嵌入式系統(tǒng)中重要的組成部分，它在嵌入式系統(tǒng)中的功能可以和硬盤在PC中的功能相比嚷硫。它們都是用來存儲程序和數(shù)據(jù)的检访，而且可以在掉電的情況下繼續(xù)保存數(shù)據(jù)使其不會丟失。

Flash memory（閃速存儲器）作為一種安全仔掸、快速的存儲體脆贵，具有體積小，容量大起暮，成本低卖氨，掉電數(shù)據(jù)不丟失等一系列優(yōu)點，已成為嵌入式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)和程序最主要的載體负懦。根據(jù)結構的不同可以將其分為NOR Flash和NAND Flash兩種筒捺。Flash Memory具有的特點如下：

? ? ? ? 區(qū)塊結構

? ? Flash Memory在物理結構上分成若干個區(qū)塊，區(qū)塊之間相互獨立纸厉。比如NOR Flash把整個存儲區(qū)分成若干個扇區(qū)（Sector）系吭，而NAND Flash把整個存儲區(qū)分成若干個塊（Block）。

? ? ? ? 先擦后寫

? ? 由于Flash Memory的寫操作只能將數(shù)據(jù)位1寫成0颗品，不能從0寫成1肯尺，所以在對存儲器進行寫之前必須先執(zhí)行擦除操作沃缘，將預寫入的數(shù)據(jù)位初始化為1，擦操作的最小單位是一個區(qū)塊则吟，而不是單個字節(jié)槐臀。

? ? ? ? 操作指令

? ? 除了NOR Flash的讀，F(xiàn)lash Memory的其他操作不能像RAM那樣氓仲，直接對目標地址進行總線操作水慨。比如執(zhí)行一次寫操作，它必須輸入一串特殊的指令(NOR Flash)寨昙，或者完成一段時序（NAND Flash）才能將數(shù)據(jù)寫入到Flash Memory中讥巡。

? ? ? ? 位反轉

? ? 由于Flash Memory固有的電器特性，在讀寫數(shù)據(jù)過程中舔哪，偶然會產(chǎn)生一位或幾位數(shù)據(jù)錯誤欢顷。這就是位反轉。位反轉無法避免捉蚤，只能通過其他手段對結果進行事后處理抬驴。

? ? ? ? 壞塊

? ? 由于Flash Memory在使用過程中，可能導致某些區(qū)塊的損壞缆巧。區(qū)塊一旦損壞布持，將無法進行修復。如果對已損壞的區(qū)塊進行操作陕悬，可能帶來不可預測的錯誤题暖。尤其是NAND Flash在出廠時就可能存在這樣的壞塊（已經(jīng)被標識出）。

? ? NOR Flash

? ? NOR Flash的特點是應用程序可以直接在閃存中運行捉超，不需要再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中運行胧卤。NOR Flash的傳輸效率很高，在1~4MB的小容量時具有很高的成本效益拼岳，但很低的擦除和寫入速度大大影響了它的性能枝誊。

? ? NAND Flash

? ? NAND Flash的結構能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度惜纸，并且寫入和擦除的速度也很快叶撒，這也是為何很多U盤采用NAND Flash作為存儲介質的原因。應用NAND Flash的困難在于閃存和需要特殊的系統(tǒng)接口耐版。

? ? NOR Flash和NAND Flash各自的典型特征和不同點

1.性能差異

? ? NOR Flash的讀速度比NAND Flash稍快一些

? ? NAND Flash的寫入速度比NOR Flash快很多

? ? NAND Flash的擦除速度遠比NOR Flash的快很多祠够。大多數(shù)寫入操作需要先進行擦除操作。

? ? NAND Flash的隨機讀取能力差粪牲，適合大量數(shù)據(jù)的連續(xù)獲取哪审。

2.接口差異

? ? NOR Flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引腳來尋址虑瀑，可以很容易地存取其內(nèi)部的每一個字節(jié)湿滓。NAND Flash地址滴须、數(shù)據(jù)和命令共用8位總線，每一次讀寫都要使用復雜的I/O接口串行地存取數(shù)據(jù)叽奥，8個引腳用來傳送控制扔水、地址和資料信息。

? ? NAND Flash讀和寫操作采用521B的塊朝氓，有點像硬盤的管理操作魔市。因此，基于NAND的閃存可以取代硬盤或其他塊設備赵哲。

3.容量和成本

? ? NAND Flash的單元尺寸幾乎是NOR Flash的一半待德，由于生產(chǎn)過程更為簡單，NAND Flash結構可以在給定的模具尺寸內(nèi)提供更高的容量枫夺，也就相應地降低了價格将宪。

? ? NOR Flash容量一般較小，通常在1MB~8MB之間橡庞。而NAND Flash只是用在8MB以上的產(chǎn)品中较坛，這也說明NOR Flash主要應用在代碼存儲介質中，NAND Flash適合用于資料存儲扒最。

4.可靠性和耐用性

? ? 壽命（耐用性）：在NAND Flash中每個塊的最大擦寫次數(shù)是一百萬次丑勤，而NOR Flash的擦寫次數(shù)是十萬次

? ? 位交換：所有Flash Memory器件都受位交換現(xiàn)象的困擾。在某些情況下（很少見吧趣，NAND Flash發(fā)生的次數(shù)要比NOR Flash多）蒋荚，一個比特位會發(fā)生反轉或被報告反轉了本姥。

? ? 壞塊處理：NAND Flash中的壞塊是隨機分布的腐缤。以前曾有過消除壞塊的努力贱鄙，但發(fā)現(xiàn)成品率太低敦姻，代價太高丹鸿，根本不劃算付鹿。NAND Flash需要對介質進行初始化掃描以發(fā)現(xiàn)壞塊蜜氨，并對壞塊進行標記不可用泛豪。在已制成的器件中稠诲，如果通過可靠的方法不能進行這項處理，將導致高故障率诡曙。

5.易用性

? ? 可以非常直接地使用基于NOR Flash臀叙，可以像其他內(nèi)存那樣連接，并可以在上面直接運行代碼价卤。

? ? 由于需要I/O接口劝萤，NAND Flash要復雜得多。各種NAND Flash的存取方法因廠家而異慎璧。在使用NAND Flash時床嫌，必須先寫入驅動程序跨释，才能繼續(xù)執(zhí)行其他操作。向NAND Flash寫入數(shù)據(jù)需要相當?shù)募记裳岽Γ驗樵O計師絕不能向壞塊寫入鳖谈，這就意味著NAND Flash上自始至終都必須進行虛擬映像。

6.軟件支持

? ? 當討論技術支持的時候阔涉，應該區(qū)別基本的讀/寫/擦操作和高一級的用于磁盤仿真和Flash Memory管理算法的軟件缆娃，包括性能優(yōu)化。

? ? 在NOR Flash上運行代碼不需要任何的技術支持瑰排。而在NAND Flash上進行同樣的操作時贯要，通常需要驅動程序，也就是內(nèi)存技術驅動程序（MTD）椭住，NAND Flash和NOR Flash在進行寫入和擦除時都需要MTD崇渗。

7.市場定位

? ? 根據(jù)前面多介紹的NAND Flash和NOR Flash的特點，兩者各自擁有相應的不同應用函荣。一般來說显押，NOR Flash用于對數(shù)據(jù)可靠性要求較高的代碼存儲、通訊產(chǎn)品傻挂、網(wǎng)絡處理等領域乘碑。而NAND Flash則用于對容量要求較高的MP3、存儲卡金拒、U盤等領域兽肤。正是如此，NOR Flash也被稱為代碼閃存（Code Flash）绪抛，而NAND Flash也被稱為數(shù)據(jù)閃存（Data Flash）资铡。

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