嵌入式存储器的全面解析
嵌入式存储器的全面解析
随着超大规模集成电路工艺的发展，人类已经进入了超深亚微米时代。
先进的工艺使得人们能够把包括处理器、存储器、模拟电路、接口逻辑甚至射频电路集成到一个大规模的芯片上，形成所谓的SoC(片上系统)。
作为SoC重要组成部分的嵌入式存储器，在SoC中所占的比重(面积)将逐渐增大。
下面就随小编一起来了解一下相关内容吧。
近期台积电技术长孙元成在其自家技术论坛中，首次揭露台积电研发多年的eMRAM(嵌入式磁阻式随机存取存储)和eRRAM(嵌入式电阻式存储器)将分别订于明后年进行风险性试产。
预计试产主要采用22nm工艺。
这种次世代存储将能够为物联网、行动装置、高速运算电脑和智能汽车等四领域所提供效能更快和耗电更低的存储效能。
台积电此举让嵌入式存储器再度回到人们的视线中。
本文将为你阐述嵌入式存储器的前世今生。
何为嵌入式存储器嵌入式存储器现在已经不是一个新的概念了。
相对于片外存储器，嵌入式存储器是指集成在片内与系统中各个逻辑、混合信号等IP共同组成单一芯片中的存储器。
现已经成为SOC芯片的基本组成部分，几乎今天每个SOC芯片中嵌入式存储器都占有一定比重。
按照掉电后数据是否会丢失，可将嵌入式存储器分为两大类，一类是挥发性存储器，另一类则是非挥发性存储器。
挥发性存储器是指掉电后数据会丢失，主要包括速度快、功耗低的SRAM和高密度的DRAM。
而非挥发性存储器则刚好相反，其在实际应用中主要包括eFlash、EEPROM以及eMRAM、eRRAM、ePRAM等次世代存储器。
虽然都是存储器，但二者还是有些许不同。
嵌入式存储器和分立式存储器最重要的不同之处在于嵌入式存储器往往跟应用IC自身的工艺特性条件有很大关系，比如用90nm和用45nm工艺做出来的芯片，其内部嵌入式存储器大小差别也是很大的。
而分立式存储器件则主要围绕存储器器件工艺进行优化。
随着信息技术的发展，嵌入式存储器在SOC中的面积所占比重也在逐年增加，从图一可以看出，从1999年平均的20%上升到2007年的60-70%乃至2014年的90%的面积。
可以看出，嵌入式存储器对于芯片系统性能的影响越来越大。
嵌入式存储器架构、电路及应用
嵌入式存储器架构、电路及应用嵌入式存储器是指应用于嵌入式系统中的一种存储器，它通常被集成在芯片中，用于存储程序代码、数据和配置信息等。
嵌入式存储器架构、电路和应用技术的发展，对嵌入式系统的性能和功能提升起到了重要作用。
一、嵌入式存储器架构嵌入式存储器的架构有多种类型，常见的包括非易失性存储器（NVM）、闪存存储器、动态随机存储器（DRAM）和静态随机存储器（SRAM）等。
每种存储器架构都有其特点和适用场景。
1. 非易失性存储器（NVM）是一种能够长期保存数据的存储器。
它具有快速读取、耐用性强、低功耗等特点，适用于存储程序代码和配置信息等。
常见的NVM类型有闪存存储器和EEPROM。
2. 闪存存储器是一种非易失性存储器，广泛应用于嵌入式系统中。
它具有高密度、低功耗、可擦写性好等特点，适用于存储大量的数据和文件。
常见的闪存存储器包括NOR闪存和NAND闪存。
3. 动态随机存储器（DRAM）是一种易失性存储器，用于临时存储数据。
它具有高速读写、容量大等特点，适用于存储临时数据和运行时数据。
DRAM主要用于嵌入式系统的主存储器。
4. 静态随机存储器（SRAM）是一种易失性存储器，用于高速缓存和寄存器等。
它具有高速读写、低功耗、抗干扰性强等特点，适用于存储高速访问的数据。
SRAM常用于嵌入式系统的缓存和寄存器。
二、嵌入式存储器电路嵌入式存储器的电路设计对于存储器的性能和功耗有着重要影响。
常见的嵌入式存储器电路有预取缓存、写缓冲、地址解码器和数据通路等。
1. 预取缓存是一种用于提高存储器访问速度的技术。
它通过预先将数据从存储器中读取到缓存中，减少了存储器访问的延迟。
预取缓存可以根据程序的访问模式进行优化，提高嵌入式系统的性能。
2. 写缓冲是一种用于提高存储器写入速度的技术。
它将写入的数据暂时存储在缓存中，然后再定期将数据写入存储器。
写缓冲可以减少存储器写入的次数，提高存储器的写入性能。
3. 地址解码器是一种用于将存储器的地址信号转换为存储器的片选信号的电路。
第四章 嵌入式系统的存储器
29
4. 时序控制线路
包括控制触发器，各种门电路和延迟线等
接收I/O或CPU的启动、读写、清除等命令，产生
一系列时序控制主存储器完成读写等操作
主存的四个基本组成中，存储体是核心，其它三 部分是存储矩阵的外围线路，其中选址是关键部件
30
主存的主要速度参数：
（1）存取时间TA
从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。 （2）存取周期TM 存储器进行一次完整的读写操作所需的全部时间，即连 续两次访问存储器操作之间所需要的最短间隔时间。显然，
25
2.
寻址系统
由存储地址寄存器 MAR 、地址译码器和地址驱动器
三部分组成
存储单元存入或取出信息，称之为访问存储器（访
存），即对存储器进行写入或读出操作
I/O 设备或 CPU 访问存储器时，先将访存地址送 MAR ，
经地址译码器找到被访问的存储单元，最后由地址驱
动器驱动该存储单元以实现读或写
(1) 高速缓冲存储器
(2) 主存储器 (3) 辅助存储器 (4) 其他功能的存储器，如控制存储器
17
2.
按存取方式分类
(1) 随机存取存储器RAM （可读、可写）
(2) 只读存储器ROM
(3) 顺序存取存储器SAM (4) 直接存取存储器DAM
18
3.
按存储介质分类
硬磁材料、环状元件，有两种剩磁状
静态存储器：双稳态触发器保存信息；速度快、 集成度低、价格高 动态存储器：MOS电容保存信息；速度慢、集成 度高、需要刷新
32
（1）静态MOS存储元件
VD(+5V) T5 T3 T6
.
D1 T1 T2
嵌入式系统中常见的存储器介绍与选择指南
嵌入式系统中常见的存储器介绍与选择指南嵌入式系统是指集成了专用计算和控制功能，并被嵌入到其他设备或系统中的微型计算机系统。
这些系统通常需要存储数据和程序代码。
在嵌入式系统中，存储器的选择是关键的，因为它不仅会影响系统的性能和可靠性，还会直接影响到成本和功耗。
本文将介绍一些常见的存储器类型，并提供选择存储器的指南。
首先，让我们来了解一些嵌入式系统中常见的存储器类型。
1. 随机访问存储器（RAM）：RAM是一种易失性存储器，它用于存储临时数据和程序指令。
它的读写速度很快，适合对频繁访问的数据进行操作。
在嵌入式系统中，静态随机存储器（SRAM）通常用于高性能和低功耗需求的应用，而动态随机存储器（DRAM）则用于一般性能和成本要求不高的应用。
2. 只读存储器（ROM）：ROM是一种非易失性存储器，它用于存储固定的程序代码和数据。
它的内容不能被修改，因此适用于存储启动代码和固件等不经常变动的数据。
EPROM（可擦写可编程只读存储器）和闪存（Flash）是常见的ROM类型，它们可以通过特殊的擦写操作来修改存储的内容。
3. 闪存（Flash）存储器：闪存是一种非易失性存储器，它结合了ROM和RAM的特性。
它可以被擦写和重写，而且读写速度相对较慢。
闪存广泛应用于存储操作系统、应用程序和数据等常常需要修改的信息。
4. 噪声闪存（EEPROM）：EEPROM是一种擦写可编程的非易失性存储器，它允许通过电子擦写来修改存储的内容。
EEPROM的擦写过程相对较慢，但可以单字节地进行操作，而无需像某些闪存那样进行块擦除。
5. 磁盘存储器：磁盘存储器通常用于大容量数据存储。
硬盘驱动器（HDD）是一种机械设备，由旋转的盘片和移动的读写臂组成，在嵌入式系统中不常见。
相反，固态盘驱动器（SSD）由闪存芯片组成，速度更快、高速和无噪音。
现在，让我们来看一些关于如何选择嵌入式系统中存储器的指南。
1. 性能要求：根据系统需要，明确性能要求是选择适当存储器的关键。
嵌入式存储器架构
嵌入式存储器架构引言嵌入式存储器是嵌入式系统中的一个关键组成部分，用于存储程序代码、数据以及操作系统，对系统的性能和功耗有着重要影响。
嵌入式存储器架构的设计和优化决定了嵌入式系统的整体性能和功耗效率。
本文将介绍嵌入式存储器的基本概念、常见的嵌入式存储器架构以及一些优化技术。
基本概念嵌入式存储器类型嵌入式存储器可以分为两种类型：ROM（只读存储器）和RAM（随机访问存储器）。
•ROM是一种只读存储器，数据可以被写入一次，之后只能读取。
常见的ROM包括FLASH和EPROM（可擦除可编程只读存储器）。
•RAM是一种随机访问存储器，数据可以被任意读写。
常见的RAM包括SRAM（静态随机访问存储器）和DRAM（动态随机访问存储器）。
存储器层次结构嵌入式系统中的存储器通常按照访问速度和容量进行划分，有着多层次的结构。
典型的存储器层次结构如下：1.寄存器：在CPU内部，速度最快，但容量较小，一般用于临时存储数据和指令。
2.高速缓存（Cache）：位于CPU内部或CPU和主存之间，速度较快，容量适中，用于存储最常用的数据和指令。
3.主存储器：位于CPU外部，速度较慢，容量较大，用于存储程序代码和数据。
4.外部存储器：主要指存储器芯片外的存储设备，如硬盘、闪存、SD卡等，容量更大，但速度更慢。
嵌入式存储器架构ROM架构ROM是一种只读存储器，常见的ROM架构有：1.只读存储器（Read-Only Memory, ROM）：数据只能被写入一次，之后只能读取。
ROM常用于存储程序代码。
2.可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable Read-Only Memory, EPROM）：数据可以被擦除和编程，允许多次修改。
EPROM需要通过特殊的设备进行擦写和编程。
3.闪存（Flash Memory）：一种可擦写存储器，允许对特定扇区进行擦除和编程。
闪存被广泛应用于嵌入式系统中。
RAM架构RAM是一种随机访问存储器，常见的RAM架构有：1.静态随机访问存储器（Static Random-Access Memory, SRAM）：使用触发器实现存储单元，速度快，功耗较高，常用于高性能系统。
第五讲 嵌入式系统的存储器
RAM
混合
ROM
DRAM
SRAM
NVRAM
FLASH
E2PROM
EPROM
PROM
掩膜ROM
第5讲 嵌入式系统的存储器
不同种类存储器的特性见下表。
种类
SRAM DRAM 掩膜ROM PROM EPROM E2PROM
易失性
是 是 否 否 否 否
可写
是 是 否 是，一次 是，多次 是
擦除大小
字节 字节 否 否 整个芯片 字节
第5讲 嵌入式系统的存储器
（5）功耗 。如果 系统 采用电池 供 电 ，功耗 是 一个重要 的 指标 。 CMOS的功耗低。功耗与速度成正比，功耗低而速度高是很困难的。 目前HMOS（高密度金属氧化物半导体）存储器在速度、功耗、器 件容量方面有很好的折衷。 （6）可靠性。器件内的可靠性因经过了充分的测试一般能得到保证， 但器件外的管脚接触、插件板的接触和存储器模块板的复杂性是需 要注意的。 （7）价格。由两方面的因素决定，一是MEM本身的价格，二是 MEM模块中附加电路的价格。后一类价格基本固定。因此，应减少 模块的数量，提高单个模块的容量。另外，电源品种越少，存储器 模块设计越简单，价格越低。
第5讲 嵌入式系统的存储器
5．1 存储器子系统的结构和组织
嵌入式系统的体系结构与通用计算机并无很大的不同，因此 其MEM子系统的功能也无明显区别，故嵌入式系统存储器子系 统的设计指标和方法也可以采用通用计算机的方法，特别是嵌入 通用计算机的大型嵌入式系统。 对于嵌入式微处理器/控制器的专用嵌入式系统，其MEM子 系统与通用计算机相比有所不同，表现在：
（2）忙逻辑方式。当两个端口试图同时访问同一位置时，忙 逻辑就产生一个硬件指示，允许两个端口中的一个访问得以进行， 而向另一个访问指示RAM正忙。接着芯片上的忙（BUSY）引 脚就用来延迟访问，直到前一个访问完成。
嵌入式系统中的数据存储技术
嵌入式系统中的数据存储技术嵌入式系统是指在特定应用领域中，集成了计算机硬件和软件，并具备特定功能的计算机系统。
数据存储技术在嵌入式系统中扮演着至关重要的角色。
本文将探讨嵌入式系统中常用的数据存储技术，包括闪存存储器、EEPROM、RAM等。
通过了解这些技术，可以帮助我们更好地了解和应用嵌入式系统中的数据存储。
一、闪存存储器闪存存储器是一种非易失性存储器，主要用于嵌入式系统的程序和数据存储。
它具有高速读写、低功耗、体积小等特点，因此被广泛应用于移动设备、数字相机、固态硬盘等领域。
闪存存储器由一系列的存储单元组成，每个存储单元可以存储0或1的二进制数据。
常见的闪存存储器有NAND闪存和NOR闪存两种类型。
NAND闪存适合做大容量的数据存储，而NOR闪存则适合运行代码存储。
闪存存储器的特点是可擦写和可重写，这使得嵌入式系统的程序和数据可以灵活地进行更新和修改。
二、EEPROM（可擦写可编程只读存储器）EEPROM是一种常用的非易失性存储器，适合在嵌入式系统中存储小容量的数据。
与闪存不同，EEPROM可以随机读写，而且擦写次数可以达到百万级别。
它在电源断电的情况下也能保持数据的稳定性，因此被广泛应用于嵌入式系统中的参数存储、配置信息存储等方面。
EEPROM的工作原理是通过电子激励擦除存储单元中的电荷，进而改变存储单元的状态。
通常情况下，EEPROM需要使用特定的擦写器件进行擦写操作，这就要求嵌入式系统的设计中考虑到EEPROM的使用和擦写原则。
三、RAM（随机访问存储器）RAM是一种易失性存储器，用于嵌入式系统中的临时数据存储。
它的存储速度快，适合频繁读写的操作。
RAM有两种常见的类型：静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）。
静态RAM由触发器构成，每个存储单元由六个晶体管组成，因此存储密度较低。
它具有快速读写速度、低功耗等特点，非常适合嵌入式系统中常驻的数据存储。
动态RAM由电容构成，每个存储单元由一个电容和一个传输开关组成，因此存储密度较高。
嵌入式存储器及系统结构
上面那个系统的外围器件比较多,电路也比较复杂. 对于很多的嵌入式系统,如小型手持设备而言,出于硬件成 本,PCB板面积等因素的考虑,往往去掉其它一些器件. 比如,在自带Nand Flash的情况下,可用NandFlash代替 EEPROM和NorFlash.如有些MCU自带USB控制器和 LCD Driver,RTC等,就可以省去这些外围电路.但需要 一个MCU/MPU能直接运行的Bootloader程序对存放在 NandFlash的程序进行引导.该BootLoader程序必须带有 NandFlash驱动. 对于另外一些MPU,由于自身并不带有RAM和ROM,就需 要扩展相应的电路. 对于某些MCU/MPU,其内置的ROM自带有Bootloader.
嵌入式存储器及系统结构嵌入式系统结构嵌入式系统体系结构嵌入式系统软件结构嵌入式系统的组成结构嵌入式系统的结构嵌入式系统的存储结构嵌入式系统结构图嵌入式系统数据结构嵌入式存储器
嵌入式存储器及系统结构
李 立华 2007.04.13
目录
1.嵌入式存储器简介 嵌入式存储器简介
1.1 常用存储器简介
1.嵌入式系统存储器 1.嵌入式系统存储器
对NandFlash而言,h读写流程图.
写数据
读数据
事实上,在写数据时,还要先对擦除NandFlash. 在送地址和数据时,NandFlash通过I/O总线依次送入地址和数据,而 且读写是以块为单位进行操作. 这样,如果要访问NandFlash内的数据,必段以块中的页为单位,根据 所指定的块和页将该页的数据读入内存,然后根据内存中的相对地址 对该数据进行访问. 该原理和PC机的硬盘工作机理很相似. 如果需要将NandFlash作程序存储器,需要注意以下事项: (1)由于NandFlash出错和出现坏块的机会比NorFlash大得多,而程序出 错后的问题往往是致命的.所以必须有错误冗余校验机制和纠错机制. (2)由于MCU/MPU不能直接对NandFlash程序和数据进行访问,所以必 须有一个BootLoader程序将NandFlash程序映射到RAM中才可以执行. 也就是说在该单片机系统中,必须有一个ROM存储引导程序.该引 导程序一般说来是很精巧的. 在该BootLoader,必须包含NandFlash读驱动程序. 需要注意的是,该处的BootLoader和我们PC机的Boot是有区别的,而 更像PC机的BIOS程序. (3)用NandFlash存储程序的系统一般都用于程序量比较大,且要求带有 NandFlash存储器的系统.
嵌入式存储器的分类
嵌入式存储器的分类1. 引言嵌入式存储器是指用于嵌入式系统中的存储设备，它通常具有低功耗、高可靠性和小体积等特点。
根据其工作原理和结构特点的不同，嵌入式存储器可以分为多种类型。
本文将对常见的几种嵌入式存储器进行分类和介绍。
2. 静态随机存取存储器（SRAM）静态随机存取存储器（Static Random Access Memory，SRAM）是一种基于逻辑门电路实现的存储器。
它由一组触发器（flip-flop）组成，每个触发器可以存储一个比特数据。
SRAM读写速度快，但相对占用面积大，功耗较高。
SRAM主要用于需要高速读写操作的场景，如CPU缓存、寄存器文件等。
由于其断电后数据会丢失，因此在使用时需要外部电源持续供电。
3. 动态随机存取存储器（DRAM）动态随机访问内存（Dynamic Random Access Memory，DRAM）也是一种常见的内存类型。
与SRAM不同，DRAM通过电容来保存数据，并通过周期性刷新操作来保持数据的稳定性。
DRAM的读写速度相对较慢，但具有较高的存储密度和较低的功耗。
DRAM广泛应用于计算机内存、图形处理器（GPU）以及移动设备等领域。
由于DRAM 需要定期刷新操作，因此在设计中需要考虑刷新周期和电源管理等问题。
4. 闪存存储器闪存存储器是一种非易失性存储器，广泛用于各种移动设备和嵌入式系统中。
它具有低功耗、高密度和快速访问的特点。
根据不同的工作原理，闪存可以分为NOR闪存和NAND闪存。
4.1 NOR闪存NOR闪存是一种基于并行结构的闪存类型。
它可以直接访问任意地址，并且支持随机读取操作。
NOR闪存在执行代码、固件升级等场景中得到广泛应用。
4.2 NAND闪存NAND闪存是一种基于串行结构的闪存类型。
它具有较高的数据密度和较低的成本，并且支持快速顺序读写操作。
NAND闪存在大容量数据存储、固态硬盘（SSD）等领域得到广泛应用。
5. EEPROM可擦写可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）是一种非易失性存储器。
§4 嵌入式系统的存储器
4.1 嵌入式系统存储器的结构和组织
嵌入式存储器子系统的设计考虑-2
5.
6.
7.
嵌入式系统的存储器子系统通常设计成模块结构，包括 ROM子系统、RAM子系统等，每个子系统占用一定的存 储空间。 一体化设计与分离式设计：嵌入式系统的存储器通常与系 统主板设计在一起，而不设计成所谓“内存条”形式，原 因是一方面嵌入式系统的内存通常是固定大小的；另一方 面，一体结构可以提高系统的可靠性，因为嵌入式系统通 常工作在恶劣环境、移动环境中。 关于嵌入式处理器的中断向量表，有两种设计方案：一种 方案是中断向量或中断处理程序的入口地址设置在ROM空 间，一旦设置，运行中不再更改，如大多数小规模的嵌入 式处理器/控制器采取这种方式；另外，也可以把中断向量 9 设计在RAM空间，
25
4.4 ARM9的存储系统 ARM9的存储系统
NorFlash 和NandFlash比较-3
接口差别
NOR flash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。 NAND器件使用复杂的I/O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。
4
4.1 嵌入式系统存储器的结构和组织
概述（3）
主存
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。 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。 可以做主存的存储器有：
ROM类：Nor Flash、EPROM、E2PROM、 PROM等 RAM类：SRAM、DRAM、SDRAM等
嵌入式系统的存储技术
嵌入式系统的存储技术随着科技的发展，人们对设备的依赖越来越大，而嵌入式系统则成为了实现各种设备与物联网连接的基础。
嵌入式系统的特点在于其小巧精致、功耗低、价格便宜等，所以它非常适合应用到各种小型设备中，如智能手表、智能手机、智能电视等等。
而嵌入式系统的存储技术则成为了应用在嵌入式系统中的一个重要方面。
以下将介绍嵌入式系统的存储技术，包括嵌入式存储的分类、特点和优势。
一、嵌入式存储的分类嵌入式存储分为外部存储和内部存储两种。
外部存储即为外置存储器，是外接的存储设备，如USB、SD卡等等；内部存储则是指直接内嵌在设备上的存储器，如ROM、RAM、Flash存储器等等。
1. 内部存储内部存储通常指的是设备内部的ROM、RAM、Flash存储器。
其中ROM存储器是只读存储器，无法进行数据修改，只有在生产过程有数据烧录的需求；RAM存储器则可随意读写数据，但是它不能断电保存数据，所以一旦断电，数据就会丢失；Flash存储器不仅有可读可写的功能，还可以长时间持久地存储数据，已成为当前嵌入式系统最为广泛使用的内存技术。
2. 外部存储外部存储是通过接口连接到嵌入式设备的外部存储器，如SD 卡、USB驱动器等。
相对于内部存储来说，外部存储的优点在于容量较大、擅长存储大文件等等，但是极端温度下会对读写产生影响。
二、嵌入式存储的特点嵌入式系统的存储技术与普通系统有着不同的特点。
具体而言，嵌入式系统的存储技术具有以下几个特点：1. 低功耗、省电相对于普通系统的存储器而言，嵌入式系统的存储器功耗更低，使用寿命更长，这使得其非常适合应用于长时间工作的小型设备中。
2. 嵌入式存储器体积小、强度高由于嵌入式系统要求设备的占地面积尽量小，所以嵌入式存储的体积也需要极小，这就要求其件体尺寸和重量都能达到最小化。
对于嵌入式存储器而言，它需要具有较好的抗震耐用性，这是因为往往嵌入式设备的运动过程中会受到各种环境因素的影响。
3. 速度快、响应快嵌入式系统的操作响应速度非常快，这使得其非常适合用于处理实时操作、快速响应用户指令等等。