嵌入式系统存储体系

一、存储系统概述

主要分为三种：高速缓存（cache）、主存和外存。

二、高速缓存Cache

1. 高速缓冲存储器中存放的是当前使用得最多得程序代码和数据，即主存中部分内容的副本，其本身无自己的地址空间。
2. 在嵌入式系统中Cache全部集成在嵌入式微处理器内，一般32位的微处理器内置。
3. 可分为数据Cache、指令Cache（如哈弗架构）或者混合Cache（如冯诺伊曼架构）。不同处理器其Cache大小不一样。
4. CPU每次读取主存时，Cache控制器都要检查CPU送出的地址，判断CPU要读取的数据是否在Cache中，如果在就称为Cache命中，否则称为Cache未命中。则对主存储器进行操作，并将有关内容写入Cache。
5. 写入Cache有2种方法：
   a. 通写（Write Through）:Cache与对应内存内容同步更新。
   b. 回写（Write Back）:只有写入Cache内容移除时才更新对应内存内容。（此种方式性能最好，但是存在系统掉电的存储问题）。
   
   Cache结构框图

三、主存

1. 主存是处理器能直接访问的存储器，用来存放系统和用户的程序和数据。
2. 嵌入式系统的主存可位于SOC内和SOC外，片内存储器存储容量小、速度快、片外存储器容量大。
3. 可以做主存的存储器有：
   ROM类（存放代码和常数数据）：Nor Flash、EPROM、E2PROM、PROM等
   RAM类：SRAM、DRAM、SDRAM等

静态随机存取存储器SRAM

存储信息：六管基本存储电路,功耗低，不需要刷新

典型芯片规格：2114(1KX4) ,6116(2KX8),6264(8KX8),62128(16KX8),62256(32X8)

动态随机存取存储器DRAM

1. 存储信息的基本单元（1位）电路可采用4管、3管和单管电路。
2. 为维持动态存储单元所存储的信息，必须不断刷新。
3. 与SRAM不同的是：节省外部引脚，同样容量的DRAM外部地址线引脚是SRAM一半。DRAM采用行/列地址选通，将地址通过内部分成2路。
4. DRAM控制器：解决刷新和多路，DRAM不能和CPU直接通信，需要DRAM控制器来连接。
   

SDRAM(Synchronous DRAM,同步DRAM)

1. CPU和RAM共享相同的时钟周期，以相同的速度同步工作，即一个时钟周期内存工作一次。
2. 基于双存储器结构，内含两个交错的存储阵列，读取效率得到成倍提高，是DRAM中速度最快的一种。
3. DDR SDRAM( Double Date Rate SDRAM,双倍传输速率的SDRAM)在一个时钟周期内内存可以工作两次，因而理论上是SDRAM的2倍，但实际上达不到。

四、外存

外存是处理器不能直接访问的存储器，用来存放用户的各种信息，容量大。

在嵌入式系统中常用的外存有：

1. NandFlash
2. DOC (Disk On Chip)
3. CF(Compact Flash)
4. SD(Secure Digital)
5. MMC(Multi Mediacard)

电子盘

1. 电子盘采用半导体芯片来存储数据，具有体积小、功耗低和极强的抗震性等特点。
2. 在嵌入式系统中普遍采用各种电子盘作为外存。
3. 常用的电子盘有：NandFlash、MMC、SD、Memory Stick、CF、SM、DOC等。

五、NandFlash和NorFlash对比

NandFlash: 逻辑与，具有容量大、回写速度快、芯片面积小等特点，主要用于外存。

NorFlash: 逻辑或，具有随机存储速度快、电压低、功耗低、稳定性高等特点，主要用于主存。

NandFlash外部接口示例

NandFlash 内部架构图示例