[嵌入式]嵌入式系统存储器

简介

首先分为两大类：主存（内存）和辅存（非易失存储）。

主存和辅存的区别主要是访问速度和数据易失性两个考量。

主存速度快，但掉电后数据丢失。

辅存能掉电后保存数据，但访问速度慢。比如PC的硬盘。

内存

在嵌入式系统中，主存分为SRAM和DRAM，在速度和成本方面有着差异。

1，Static Random Access Memory (SRAM)

速度快，大概是DRAM的4倍。但每一bit的数据，需要更多的晶体管，所以更贵。

2，Dynamic Random Access Memory (DRAM)

为了保持数据，需要每隔几毫秒就刷新一下，否则数据就会被擦除。即使电源没断电还是需要刷新。

因为DRAM中的数据bit是保存在电容中，经过一定时间数据就会消失，所以需要一个控制器，不断选中一行行地址来补充电荷。

这个周期是ms级别的，比如1s中刷新4次。

因为有刷新操作，所以耗电更多。

最开始的SRAM就叫做RAM，后来DRAM出现了，才从RAM改名为SRAM，以示区分。

在嵌入式系统中，通常是SRAM和DRAM混合使用。

辅存

一般是用来存储程序和数据的电子器件。

第一个，要介绍的是掩膜ROM（Masked ROM）。

掩膜的意思是指这种IC器件的生产方式，是工艺厂家根据客户所要存储的信息，设计专用的掩膜板进行生产的。

这个是在存储器件制造的过程中，就把数据写进去，所以后面也无法更新数据。

这种功能和应用的使用场景，一般是用来存储微控制器的bootloader程序，还有微处理器的微码程序。

微码就是CPU中的软件，用来将复杂的指令转换成CPU可以能字节执行的简单指令序列，或者预防CPU硬件设计问题，能提供一些软件补救措施。

比如硬件电路设计不对，就要飞个线，但CPU没法飞线，就使用软件改变一些控制位，来改变电路行为。

这样的话，CPU得到一个指令，就可以根据不同的控制条件，来输出不同的操作。

这种存储使用的场景，一般是大规模生产的，生命周期很长的产品，从而成本控制很严格。

并且每个bit数据比其他种类存储器件需要的空间很小，这样设计出来的集成电路也就更小，所以厂商很很喜欢这一点。

第二个，是PROM，指Programmable Read-Only Memory。也称为OTP ROM，one time Programable ROM。

和掩膜ROM不同，可以烧写一次，烧写完后既不能擦除也不能再烧写。

比如台湾松瀚Sonix的8bit的芯片，SN8PXXXX，低功耗的8位微控制器MCU，4KB的OTP ROM，表示，只能烧写一次，所以用调试器调试好再发布量产软件，出厂了就不能改了。

当时用这个芯片，好像有个功能用调试器模拟不来，好像是休眠功耗，要测电流。所以改一次代码，用烧写器烧一个芯片，然后再把旧芯片吹下来，新芯片贴上去，很麻烦。

不过这么少的资源，功能一定很简单，成本也很低，自然是符合其使用场景的，不能重新烧写也没问题，还有内存SRAM是256个字节。

使用场景（Function and Application area）：

用于大规模生产的，但生命周期相对掩膜ROM短一些的产品。

较短的生命周期是因为科技迭代较快，可能每年就会有新的产品推出，所以使用掩膜ROM来做不划算。

考虑投入产出比（cost/benefit trade-off）。

这类产品包括TV，微波炉和洗碗机等。

第三个，是EPROM。

全程Erasable Programmable Read-Only Memory。这类器件通常在顶部有一个小的玻璃窗口，如果在紫外线直射下可以擦除芯片数据。

擦除以后，就能够再次烧写数据。

使用场景：

和PROM类似，也是用来存储源代码生成的软件和常量数据。但这类芯片经常用于软件开发阶段，因为可以重复擦除和烧写，这在开发阶段很有用。

在开发完成后，硬件设计师通常会把这个芯片换成PROM。这样PROM和EPROM的最终使用场景是类似的。

第四个，EEPROM。

全称是Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory。

这类器件使用电压就可以重新擦除和烧写，而不用像EPROM一样，使用UV(紫外)射线。

使用场景：

一般有三个，

1，在产品开发阶段用于存储软件。

2，存储产品使用过程中需要的常量数据。

3，用于软件可升级的产品。

掩膜ROM，PROM和EPROM是真正的ROM，因为它们仅可读，但EEPROM可以作为一个仅可读和可读可写存储设备的混合体。

通过控制器的操作，EEPROM的每个数据bit是可编程的，并且和RAM相比是非易失的数据。

这样在产品出场并到达用户手中时，产品制造商还可以对软件进行升级，这提高了产品的品质。

第五个，Flash存储器。

这是目前最流行的存储器，根据类型区分有Nor Flash，Nand flash等，根据接口区分有SPI-Flash等。

和EEPROM一样，可擦除可重写，但不是一个bit一个bit操作，而是一个block位单位操作。

Block的大小是多个字节，在芯片手册中可以查询。

使用场景：

Flash Memory的最大优点是经济性（cost-effective），以每个字节为单位来计算，这个比EEPROM要便宜的多。

所以可以用来存储很大的文件。现在越来越复杂的嵌入式系统，也需要更多的存储空间来存储软件和数据。

第六个，NVRAM （Non Volatile Random Access Memory）

这是一种特殊的RAM，用来存储维持性数据。基本上就是一个SRAM带一个供电（比如纽扣电池CR2302），也叫做RAM disks。

使用场景：

一般使用在启动时间很重要的场合。毫秒级的时间损失都是不可接受的。

所以不能从一个低速的存储器中，比如flash或EEPROM中来加载程序。

一般只是把这低速存储器作为备份，在更换电池时，把运行中的数据存到备份存储器中，电池更换后，再重新载入。

参考链接：

https://embeddedinventor.com/8-types-of-memory-every-embedded-engineer-should-know-about/