SoC常用存储器

SoC常用外部存储器

FLASH

FLASH存储器又称闪存,它结合了ROM和RAM的长处,不仅具备电子可擦除可编程(EEPROM)的性能,还不会断电丢失数据同时可以快速读取数据(NVRAM的优势),U盘和MP3里用的就是这种存储器。在过去的20年里,嵌入式系统一直使用ROM(EPROM)作为它们的存储设备,然而近年来Flash全面代替了ROM(EPROM)在嵌入式系统中的地位,用作存储Bootloader以及操作系统或者程序代码或者直接当硬盘使用(U盘)。

目前Flash主要有两种NOR FlashNADN Flash
NOR Flash的读取和我们常见的SDRAM的读取是一样,用户可以直接运行装载在NOR FLASH里面的代码,这样可以减少SRAM的容量从而节约了成本。和CPU直接总线式相连,CPU上电后可以直接读取,一般用作启动介质。
NAND Flash没有采取内存的随机读取技术,它的读取是以一次读取一块的形式来进行的,通常是一次读取512个字节,采用这种技术的Flash比较廉价。缺点是用户不能总线式访问,也就是说不能上电CPU直接读取,需要CPU先运行一些初始化代码,然后通过时序接口读写。
一般小容量的用NOR Flash,因为其读取速度快,多用来存储操作系统等重要信息,而大容量的用NAND FLASH,最常见的NAND FLASH应用是嵌入式系统采用的DOC(Disk On Chip)和我们通常用的”闪盘”,可以在线擦除。目前市面上的FLASH 主要来自Intel,AMD,Fujitsu和Toshiba,而生产NAND Flash的主要厂家有Samsung和Toshiba。

eMMC/iNand/oneNAND/moviNand

eMMC (Embedded Multi Media Card) 采用统一的MMC标准接口, 把高密度NANDFlash以及MMCController封装在一颗BGA芯片中。针对Flash的特性,产品内部已经包含了Flash管理技术,包括错误探测和纠正,flash平均擦写,坏块管理,掉电保护等技术。
iNAND是SanDisk公司研发的存储芯片,可以简单的看成SD卡或MMC卡芯片化。用户完全可以默认他是SD卡或者MMC卡。 相对MLC,iNAND有以下优点:①提高了性能,减少SOC的工作量,节约SOC资源,读写速度快,产品更可靠稳定iNAND内置掉电保护、Wear leveling等SANDISK专利技术;②降低系统成本,因为iNANDZ中选用的FLASH一般都是市场上最新、最先进制程的FLASH,所以iNAND具有一定的价格优势。
oneNand是针对消费类电子和下一代移动手机市场而设计的,一种高可靠性嵌入式存储设备。随着过去几十年的Nand技术的发展,一些公司,基于原先的NAND的架构,设计出一种理想的单存储芯片,其集成了SRAM的缓存和逻辑接口。oneNand既实现NOR Flash的高速读取速度,又保留了Nand Flash的大容量数据存储的优点。与oneNand对应的是之前早就出现的Nand Flash和Nor Flash。
MoviNAND 是 NAND + MMC controller 封装在一起,透过 eMMC 4.3的protocol 去存取NAND 的资料好处是embedded系统不用考虑NAND Flash 读写演算法(FTL)与 Hardware ECC 部份,因为FTL须考虑断电资料保护,平均抹除,坏块处理等等问题。MoviNAND 和iNand一样,其实是emmc 标准的一种!所以moviNAND 就是和iNand 一样的,甚至是兼容的东西,只是估计三星棒子价格比较贵,大家都选择sandisk的emmc iNand了。

SD卡/Micro SD卡/MMC卡

SD卡 是由松下电器、东芝和SanDisk联合推出,1999年8月发布。SD卡的数据传送和物理规范由MMC发展而来,大小和MMC卡差不多。SD卡与 MMC 卡保持着向上的兼容,MMC卡可以被新的SD设备存取,兼容性则取决于应用软件,但SD卡却不可以被MMC设备存取。(SD卡外型采用了与MMC卡厚度一样的导轨式设计,以使SD设备可以适合MMC卡)。
Micro SD卡(TF卡) 是一种极细小的快闪存储器卡,其格式源自SanDisk创造,原本这种记忆卡称为T-Flash,及后改称为Trans Flash,而重新命名为Micro SD的原因是因为被SD协会 (SDA) 采立。
MMC卡 (MultiMediaCard) 是SanDisk公司和德国西门子公司于1997年合作推出的新型存储卡,大小同一枚邮票差不多;其重量也多在2克以下,并且具有耐冲击、可反复读写30万次以上等特点。MMC主要应用与移动电话和MP3播放器等体积小的设备。

HDD/SSD

机械硬盘 即是传统普通硬盘,主要由:盘片,磁头,盘片转轴及控制电机,磁头控制器,数据转换器,接口,缓存等几个部分组成。磁头可沿盘片的半径方向运动,加上盘片每分钟几千转的高速旋转,磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作。信息通过离磁性表面很近的磁头,由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上,信息可以通过相反的方式读取。 硬盘作为精密设备,尘埃是其大敌,所以进入硬盘的空气必须过滤。

固态硬盘 的存储介质分为两种,一种是采用闪存(FLASH芯片)作为存储介质,另外一种是采用DRAM作为存储介质。
基于闪存的固态硬盘(IDE FLASH DISK、Serial ATA Flash Disk):采用FLASH芯片作为存储介质,这也是我们通常所说的SSD。它的外观可以被制作成多种模样,例如:笔记本硬盘、微硬盘、存储卡、优盘等样式。这种SSD固态硬盘最大的优点就是可以移动,而且数据保护不受电源控制,能适应于各种环境,但是使用年限不高,适合于个人用户使用。在基于闪存的固态硬盘中,存储单元又分为两类:SLC(Single Layer Cell 单层单元)和MLC(Multi-Level Cell多层单元)。SLC的特点是成本高、容量小、但是速度快,而MLC的特点是容量大成本低,但是速度慢。MLC的每个单元是2bit的,相对SLC来说整整多了一倍。不过,由于每个MLC存储单元中存放的资料较多,结构相对复杂,出错的几率会增加,必须进行错误修正,这个动作导致其性能大幅落后于结构简单的SLC闪存。此外,SLC闪存的优点是复写次数高达100000次,比MLC闪存高10倍。此外,为了保证MLC的寿命,控制芯片都校验和智能磨损平衡技术算法,使得每个存储单元的写入次数可以平均分摊,达到100万小时故障间隔时间(MTBF)。
基于DRAM的固态硬盘:采用DRAM作为存储介质,目前应用范围较窄。它仿效传统硬盘的设计、可被绝大部分操作系统的文件系统工具进行卷设置和管理,并提供工业标准的PCI和FC接口用于连接主机或者服务器。应用方式可分为SSD硬盘和SSD硬盘阵列两种。它是一种高性能的存储器,而且使用寿命很长,美中不足的是需要独立电源来保护数据安全。

SATA硬盘

SATA(Serial Advanced Technology Attachment)口的硬盘又叫串口硬盘,是未来PC机硬盘的趋势,现已基本取代了传统的PATA硬盘。SATA硬盘代表了带有SATA接口的硬盘,硬盘分为固态硬盘和机械硬盘两种,两种类型是根据内部构造定义的,而SATA是在说它外面插头的样子。


SoC常用内部存储器

ROM和RAM指的都是半导体存储器,ROM是Read Only Memory的缩写,RAM是Random Access Memory的缩写。ROM在系统停止供电的时候仍然可以保持数据,而RAM通常都是在掉电之后就丢失数据,典型的RAM就是计算机的内存。

SRAM(Static RAM)上电不需要软件初始化就能使用,SRAM速度非常快,是目前读写最快的存储设备了,但是它也非常昂贵,所以只在要求很苛刻的地方使用,譬如CPU的一级缓冲,二级缓冲。
DRAM(Dynamic RAM)上电需要软件初始化才能使用,DRAM保留数据的时间很短,速度也比SRAM慢,不过它还是比任何的ROM都要快,但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很多,计算机内存就是DRAM的。

DRAM分为很多种,常见的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等,这里介绍其中的一种DDR RAM。

DDR RAM(Date-Rate RAM)也称作DDR SDRAM,这种改进型的RAM和SDRAM是基本一样的,不同之处在于它可以在一个时钟读写两次数据,这样就使得数据传输速度加倍了。这是目前电脑中用得最多的内存,而且它有着成本优势,事实上击败了Intel的另外一种内存标准-Rambus DRAM。在很多高端的显卡上,也配备了高速DDR RAM来提高带宽,这可以大幅度提高3D加速卡的像素渲染能力。

内存工作原理:
内存是用来存放当前正在使用的(即执行中)的数据和程序,我们平常所提到的计算机的内存指的是动态内存(即DRAM),动态内存中所谓的”动态”,指的是当我们将数据写入DRAM后,经过一段时间,数据会丢失,因此需要一个额外设电路进行内存刷新操作。
具体的工作过程是这样的:一个DRAM的存储单元存储的是0还是1取决于电容是否有电荷,有电荷代表1,无电荷代表0。但时间一长,代表1的电容会放电,代表0的电容会吸收电荷,这就是数据丢失的原因;刷新操作定期对电容进行检查,若电量大于满电量的1/2,则认为其代表1,并把电容充满电;若电量小于1/2,则认为其代表0,并把电容放电,借此来保持数据的连续性。

ROM也有很多种,PROM是可编程的ROM,PROM和EPROM(可擦除可编程ROM)两者区别是,PROM是一次性的,也就是软件灌入后,就无法修改了,这种是早期的产品,现在已经不可能使用了,而EPROM是通过紫外光的照射擦出原先的程序,是一种通用的存储器。另外一种EEPROM是通过电子擦出,价格很高,写入时间很长,写入很慢。
举个例子,手机软件一般放在EEPROM中,我们打电话,有些最后拨打的号码,暂时是存在SRAM中的,不是马上写入通过记录(通话记录保存在EEPROM中),因为当时有很重要工作(通话)要做,如果写入,漫长的等待是让用户忍无可忍的。


参考文章:

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