嵌入式开发——常见的存储器分类和特性介绍

Posted 2021-10-08 代二毛

1、存储器的组成

存储器大体上由“存储颗粒 + 控制电路”组成，存储颗粒负责存储数据，控制电路负责管理存储颗粒和对外交换数据。如果从存储颗粒上进行分类，就是以是否掉电丢失、是否随机寻址、是可读还是可写、是否需要初始化等标准进行分类；如果从控制电路进行分类，就是用不同的协议来区分存储器，比如：eMMC、SD卡、iNand等在存储颗粒上都是NandFlash，但是接口电路不同，通信的协议就不同。按存储颗粒可以分为两大类：RAM和ROM。 RAM指的是只读存储器，主要特征是掉电丢失数据，可随机寻址，能通过地址线直接与CPU相连进行数据交互。ROM指的是只读存储器，主要特征是掉电不丢失数据。通常来说，保存程序的是ROM，运行程序的是RAM，除了特殊的NorFlash，NorFlash需要ROM但是可以运行程序。

2、RAM分类

2.1.1、SRAM介绍

SRAM(Static Random Access Memory)就是静态随机存储器，由触发器构成，静态是相对于DRAM而言的，不用刷新。SRAM的单位存储容量价格高，读取速度快，可以直接与CPU相连并且不用初始化就可以使用。

2.1.2、使用SRAM的地方

一般来说SRAM的容量都不会很大，用在某些需要高速性能的地方，比如Cache等；或者用在启动阶段，因为SRAM不需要初始化就可以使用，某些Soc在芯片内部就自带了一块iRAM(也就是SRAM)，用来运行最初的启动代码。

2.2.1、DRAM介绍

DRAM(Dynamic Random Access Memory )是动态随机存储器，动态的意思就是需要去不停的刷新，因为DRAM是电容原理做的，电容会不停的流失电荷，所以DRAM在刷新时间之内必须去重新刷新一遍。DRAM相对于SRAM而言，DRAM需要先初始化才能使用，读取的速度没有SRAM快，但是单位存储容量的价格更低。

2.2.2、DRAM的分类

(1)SDRAM(synchronous dynamic random-access memory)同步动态随机存储器，相比于DRAM是异步的，SDRAM和系统总线保持同步，通信速率更快；
(2)DDR(Double Data Rate SDRAM )双倍速率同步动态随机存储器,相对于SDRAM而言，DDR在上升沿和下降沿都可以传输数据，所以传输速率是SDRAM的双倍。
(3)DDR2、DDR3、DDR4就是DDR的升级版，具体差异我也不是很清楚，对嵌入式开发工程师来说，最大的差异就是最高能达到的速率不同，越往后速率越高。
(4)在各版本的DDR中，会看到有的名字加上前缀LP，比如LPDDR4，就是低功耗的DDR4。低功耗的DDR主要是用在嵌入式设备里。

2.2.3、 总结

(1)需要初始化才能使用，需要刷新，容量比较大的一般都是DRAM；
(2)上电可以直接使用，不需要刷新，容量小，一般都是SRAM；

3、ROM分类

3.1、ROM介绍

ROM(Read Only Memory)最主要的特点就是掉电不丢失数据，一般都是用于保存数据的。常见的有磁盘(HDD)，用磁原理进行存储；硬盘(SSD)用电原理进行存储；光盘(DVD)，按光原理进行存储；这里主要介绍电原理进行存储的Flash，因为现在嵌入式设备的外存基本都是Flash；其中flash分为NorFlash和NandFlash。

3.2.1、NorFlash介绍

NorFlash具有不需要初始化，掉电不丢失数据，具有片内执行能力(XIP, eXecute In Place)，可以用地址直接访问，单位容量价格高等特点。一般来说NorFlash的容量不会太大，都是用来存一些特殊的代码，比如启动代码。

3.2.2、使用NorFlash的地方

(1)单片中，单片机本身需要的存储空间就不大，并且NorFlash具有片内执行能力，还省去一颗内存；
(2)用作Soc中的iROM，用来保存启动代码，因为NorFlash不需要初始化就可以使用，所以当芯片上电后就可以直接去读取NorFlash里的代码，进行启动。
(3)一般spi flash都是NorFlash，spi是接口类型；

3.3.1、NandFlash介绍

NandFlash具有单位容量价格低，存在坏块，不能片内执行，需要初始化，掉电不丢失数据等特点。NandFlash分为SLC和MLC：SLC更稳定，但是容量小价格高；MLC容易出错，但是容量大价格低。现在最新的还有TLC和QLC，这个不太清除，用到的时候再查吧。一般大容量的flash都是MLC的，胜在便宜，只是要加上坏块管理机制。

3.3.2、使用NandFlash的地方

基本上以G和T为单位的flash，都是NandFlash中的MLC，常见的MMC、SSD、eMMC、iNand等，在本质上都是NandFlash，只是在控制电路上不同，表现出来就是接口协议，还有封装工艺不同，各有各的用处。

4、补充

(1)现在的ROM已经不是严格意义上的ROM了，ROM最初指的是只读存储器，但是现在我们用的磁盘和flash都是可读可写的，只是写的速度比读要慢。
(2)现在已经很少用单纯的存储颗粒，都是加了控制电路的，对于工程师来说就是用什么接口的存储器。同样在soc上也有相对的存储器控制接口，因为接口的同一，我们更换同接口的存储器是不需要更改什么东西的。至于存储器复杂的通信时序，都是由接口电路负责，使用时去操作寄存器即可。