嵌入式(硬件):02---存储器（只读存储器(ROM)、闪存(Flash)、随机存取存储器(RAM)、光/磁介质储存器）

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存储器主要可分类为：

• 只读储存器（ROM）
• 闪存（Flash）
• 随机存取存储器（RAM）
• 光/磁介质储存器

一、ROM（只读存储器）

• 不可编程ROM
• 可编程ROM：PROM
• 可擦除可编程ROM：EPROM
• 电可擦除可编程ROM：E2PROM（E2PROM完全可以用软件来擦写，已经非常方便了）

二、Flash（闪存）

• 用于存储设备固件（软件）和配置信息的芯片
• 特性：
  • 长期保存数据，掉电不丢失数据，读写速度一般
  • 容量：1MB-4GB都有
  • 贴片式：TSOP、BGA封装
• 两种主要的Flash闪存技术：
  • Nor（或非） Flash
  • Nand（与非） Flash
• 历史发展：Intel于1988年首先开发出Nor Flash技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了 Nand Flash结构，每位的成本被大大降低

Nor Flash

• NOR Flash和CPU的接口属于典型的类SRAM接口（如下图所示），不需要增加额外的控制电路

• NOR Flash的特点是可芯片内执行（eXecute In Place，XIP），程序可以直接在NOR内运行
• CFI接口：公共闪存接口（Common Flash Interface，CFI）是一个从NOR Flash器件中读取数据的公开、标准接 口。它可以使系统软件查询已安装的Flash器件的各种参数，包括器件阵列结构参数、电气和时间参数以 及器件支持的功能等。如果芯片不支持CFI，就需使用JEDEC（Joint Electron Device Engineering Council， 电子电器设备联合会）了。JEDEC规范的NOR则无法直接通过命令来读出容量等信息，需要读出制造商 ID和设备ID，以确定Flash的大小
• SPI接口：目前NOR Flash可以使用SPI接口进行访问以节省引脚。相对于传统的并行NOR Flash 而言，SPI NOR Flash只需要6个引脚就能够实现单I/O、双I/O和4个I/O口的接口通信，有的SPI NOR Flash 还支持DDR模式，能进一步提高访问速度到80MB/s
• 特点：
  • 易读难写
  • 带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节
  • 容量一般较小，为1~16MB
  • 虽然难写，但是仍然可以通过特殊工具进行写入
  • 可以直接运行代码，所以被用来存储BootLoader、BIOS

Nand Flash 

• NAND Flash和CPU的接口必须由相应的控制电路进行转换，当然也可以通过地址线或GPIO产生NAND Flash接口的信号
• NAND Flash以块方式进行访问，不支持芯片内执行
• 与NOR Flash的类SRAM接口不同，一个NAND Flash的接口主要包含如下信号：
  • I/O总线：地址、指令和数据通过这组总线传输，一般为8位或16位。
  • 芯片启动（Chip Enable，CE#）：如果没有检测到CE信号，NAND器件就保持待机模式，不对任何控制信号做出响应
  • 写使能（Write Enable，WE#）：WE#负责将数据、地址或指令写入NAND之中。
  • 读使能（Read Enable，RE#）：RE#允许数据输出。
  • 指令锁存使能（Command Latch Enable，CLE）：当CLE为高电平时，在WE#信号的上升沿，指令将 被锁存到NAND指令寄存器中
  • 地址锁存使能（Address Latch Enable，ALE）：当ALE为高电平时，在WE#信号的上升沿，地址将被 锁存到NAND地址寄存器中
  • 就绪/忙（Ready/Busy，R/B#）：如果NAND器件忙，R/B#信号将变为低电平。该信号是漏极开路， 需要采用上拉电阻
• 特点：
  • 可读可写
  • 使用复杂的IO口来串行地存取数据，各个产品或厂商的方法可能各不相同。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。Nand读和写操作采用512字节的块，这一点有点像硬盘管理此类操作，很自然地，基于Nand的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。大部分CPU不可直接寻址，需要驱动程序，常用于存储数据
  • 单纯的用来存储数据，固态硬盘、U盘都是这种。一般存放文件系统、内核
  • 不能用来执行代码，因为没有栈堆等信息，所以只能用来存放数据

位反转

• 由于Flash固有的电器特性，在读写数据过程中，偶然会产生1位或几位数据错误，即位反转，NAND Flash发生位反转的概率要远大于NOR Flash。位反转无法避免，因此，使用NAND Flash的同时，应采用错误探测/错误更正（EDC/ECC）算法

块擦除

• Flash的编程原理都是只能将1写为0，而不能将0写为1。因此在Flash编程之前，必须将对应的块擦除，而擦除的过程就是把所有位都写为1的过程，块内的所有字节变为0xFF
• Nor Flash与Nand Flash的区别：
  • Nor Flash：以64~128KB的块为例，执行一个写入/擦除操作的时间为5s。每个块的最大擦写次数是十万次
  • Nand Flash：以8~32KB的块为例，执行一个写入/擦除操作最多只需要4ms。每个块的最大擦写次数是一百万次
• 另外，Flash还存在一个负载均衡的问题，不能老是在同一块位置进行擦除和写的动作，这样容易导致坏块

Nor Flash与Nand Flash的其他区别

• ①NAND Flash较NOR Flash容量大，价格低
• ②NAND Flash的擦除、编程速度远超过NOR Flash
• ③Nand的擦除单元更小，相应的此处电路更少

三、RAM（随机存取存储器）

• 概念：内存，一般在电路板上有多个引脚的芯片，就是内存芯片
  • 这里说的内存一般都是运行内存，对应计算机的内存条。通常人们说的存储内存对应计算机中的硬盘（外存）
• 分类：
  • ①静态RAM（SRAM）
    • SRAM是静态的， 只要供电它就会保持一个值，SRAM没有刷新周期
    • 每个SRAM存储单元由6个晶体管组成
  • ②动态RAM（DRAM）
    • ​​​​​​​DRAM以电荷形式进行存储，数据存储在电容器中。由于电容器会因漏电而出现电荷丢失，所以DRAM器件需要定期刷新
    • DRAM存储单元由1个晶体管和1个电容器组成
    • 通常所说的SDRAM、DDR SDRAM皆属于DRAM的范畴，它们采用与CPU外存控制器同步的时钟工作（注意，不是与CPU的工作频率一致）。与SDRAM相比，DDR SDRAM同时利用了时钟脉冲的上升沿 和下降沿传输数据，因此在时钟频率不变的情况下，数据传输频率加倍。此外，还存在使用 RSL（Rambus Signaling Level，Rambus发信电平）技术的RDRAM（Rambus DRAM）和Direct RDRAM
• 特性：
  • 临时存储数据，掉电会丢失数据，读写速度快
  • 容量：1MB-4GB都有
  • 贴片式：TSOP、BGA封装

DPRAM：双端口RAM

• DPRAM的特点是可以通过两个端口同时访问，具有两套完全独立的数据总线、地址总线和读写控制 线，通常用于两个处理器之间交互数据，如下图所示：

• 当一端被写入数据后，另一端可以通过轮询或中断获知，并读取其写入的数据。由于双CPU同时访问DPRAM时的仲裁逻辑电路集成在DPRAM内部，所以 需要硬件工程师设计的电路原理比较简单
• DPRAM的优点是通信速度快、实时性强、接口简单，而且两边处理器都可主动进行数据传输
• 除了双端口RAM以外，目前IDT等芯片厂商还推出了多端口RAM，可以供3个以上的处理器互通数据

CAM：内容寻址RAM

• CAM是以内容进行寻址的存储器，是一种特殊的存储阵列RAM，它的主要工作机制就是同时将一个 输入数据项与存储在CAM中的所有数据项自动进行比较，判别该输入数据项与CAM中存储的数据项是否 相匹配，并输出该数据项对应的匹配信息
• 如下图所示，在CAM中，输入的是所要查询的数据，输出的是数据地址和匹配标志。若匹配（即搜 寻到数据），则输出数据地址。CAM用于数据检索的优势是软件无法比拟的，它可以极大地提高系统性 能

FIFO存储器：先进先出队列

• FIFO存储器的特点是先进先出，进出有序，FIFO多用于数据缓冲。FIFO和DPRAM类似，具有两个访 问端口，但是FIFO两边的端口并不对等，某一时刻只能设置为一边作为输入，一边作为输出。
• 如果FIFO的区域共有n个字节，我们只能通过循环n次读取同一个地址才能将该片区域读出，不能指 定偏移地址。对于有n个数据的FIFO，当循环读取m次之后，下一次读时会自动读取到第m+1个数据，这 是由FIFO本身的特性决定的

四、光/磁介质储存器

• IDE（Integrated Drive Electronics）接口可连接硬盘控制器或光驱，IDE接口的信号与SRAM类似。人 们通常也把IDE接口称为ATA（Advanced Technology Attachment）接口，不过，从技术角度而言，这并不准 确。其实，ATA接口发展至今，已经经历了ATA-1（IDE）、ATA-2（Enhanced IDE/Fast ATA，EIDE）、 ATA-3（FastATA-2）、Ultra ATA、Ultra ATA/33、Ultra ATA/66、Ultra ATA/100及Serial ATA（SATA）的发 展过程
• 很多SoC集成了一个eFuse电编程熔丝作为OTP（One-Time Programmable，一次性可编程）存储器。 eFuse可以通过计算机对芯片内部的参数和功能进行配置，这一般是在芯片出厂的时候已经设置好了