嵌入式系统的存储器课件

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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,,‹#›,,,,,,,,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,,,*,嵌入式系统的存储器,,,学习目的及主要内容,学习目的：,,介绍嵌入式存储器子系统，包括随机存储器、只读存储器、混合,存储器的特点和使用，并着重讲述了存储器的测试方法。,主要内容：,1. 嵌入式系统存储器的结构和组织,2. 存储器的性

2、能指标,3. 存储器的分类,⑴随机存储器RAM,⑵只读存储器ROM,⑶混合类型的存储器,4. 存储器的测试,5. 存储器的校证,6. 系统配置数据存储器,,,,,1 概述,嵌入式微处理器片上集成了一定数量的存储器，可以满足一定,的需要，如果软件比较大，可能需要扩展存储器。存储器是构成嵌,入式系统硬件的重要组成部分。设计嵌入式系统的存储器时有许多,因素需要考虑：有的嵌入式控制器集成了存储器，一般不需要扩,展，甚至有的嵌入式控制器无法扩展；有的嵌入式微处理器片上没,有存储器，必须扩展；有的嵌入式微处理器片上集成了一定数量的,存储器，可以满足一定的需要，如果软件比较大，可能需要扩展存,储器。,,,2

3、 嵌入式系统存储器的结构和组织,1. 存储器的结构,存储器的基本指标是容量和字宽，,内部组织如下图所示。,,,,,2. 嵌入式系统存储器子,系统,对于基于嵌入式微处理器/控,制器的专用嵌入式系统而言，它们,的存储器系统与通用计算机系统的,设计方法有所不同，其存储器空间,分配如右图所示。,,,3 存储器的性能指标,⑴ 易失性：指电源断开之后，存储器的内容是否丢失。,⑵ 只读性：指在某个存储器中写入数据后，只能被读出，不能用常,规的办法重写或改写。,⑶ 位容量：半导体存储器件常用位容量来表示其存储功能。,⑷ 速度：用存储器访问时间来衡量。,⑸ 功耗,⑹ 可靠性：存储器的可靠性主要取决于引脚的接触、

4、插件板的接触及存储器模块板的复杂性。,⑺ 价格：存储器的价格主要由两方面的因素决定，一是存储器本身,的价格，二是存储器模块中附加电路的价格。,,,,,,4 存储器的分类,嵌入式系统中使用的存储器主要包括：随机存储器；只读存储,器；双端口存储器，主要是双端口随机存储器。,嵌入式系统中常用的存储类型如下图所示。,,,,5 随机存储器RAM,随机存储器（RAM）的任意存储单元都可以以任意次,序进行读/写操作。,1. 静态RAM,⑴ 概述,SRAM通常有以下4种引脚：,⑵ 静态RAM的操作,SRAM的操作有两种：读操作和写操作。,⑶ 静态RAM的举例,,以IS62C1024为例，说明静态RAM的使用。

5、,,,,,,,,1. 静态RAM,⑶ 静态RAM的举,例(continued),IS62C1024的功能,框图如右图所示。,,,,1. 静态RAM (continued),⑷ 静态RAM的使用,基于IS62C1024的SRAM存储器电路设计如下图所示。,,,,,,2. 动态RAM,,⑴ 动态RAM的简介,,由于动态RAM（DRAM）的工作需要刷新，因此DRAM在使,用时必须配合DRAM控制器。DRAM通过DRAM控制器组成存储,器系统如下图所示。,,,,2. 动态RAM,,⑴ 动态RAM的简介（continued）,,DRAM的接口和时序如下图所示。,,,,,,,2. 动态RAM （conti

6、nued）,⑵ 动态RAM的操作,⑶ 动态RAM的技术,,为了提高系统的数据吞吐能力，可以采用多种技术提高DRAM系,统的性能，包括：页模式、EDO、同步DRAM。,⑷ 动态RAM的使用,,设计嵌入式系统时，通常不需要使用分离的DRAM控制器，因为,嵌入式处理器上集成了DRAM控制器，因此在嵌入式系统中使用,DRAM很方便。,,,,,,,,3. 双端口RAM简介,,与普通存储器不同，双端口RAM具有两个端口，即两套地址,线、数据线、控制线。,两个处理器通过双端口RAM共享数据资源如下图所示。,,,,,4. 选择RAM,在设计嵌入式系统选用随机存储器时，目前有两种选择：SRAM,和DRAM。,在

7、决定选用哪一种类型存储器的时候，系统设计者要综合考虑,存取速度和成本。,,,,6 只读存储器ROM,1. 掩模ROM,掩膜ROM中的信息是厂家根据用户给定的程序或数据对芯片进,行掩膜（一种半导体工艺）而制造出来的。根据制造技术，掩膜型,ROM又可分为MOS型和双极型两种。主要的优点是大批量生产时产,品的成本较低。,2. PROM,,PROM属于一次性编程的只读存储器。它出厂的时候处于未被编,程的状态，里面的内容全是1。在嵌入式系统中广泛使用的PROM称,为OTP（Once Time Program）。,,,3. EPROM,⑴ EPROM的概述,EPROM和PROM的编程方式几乎完全一样。但是

8、，EPROM是可,以被擦除并且反复被编程的。EPROM的擦除需要使用紫外线，把,EPROM暴露在强紫外线光源下，可把整个芯片重置到初始状态——,未编程状态。,,⑵ EPROM的使用,,因为EPROM的写入过程很慢，所以，它仍然作为只读存储器在,计算机系统中使用。一般用在软件或系统开发阶段。,EPROM有读方式、编程方式和检验方式外和一种备用方式。,,,3. EPROM（continued）,⑶ EPROM与系统的连接,,EPROM与系统需要使用信号线进行连接，下图为EPROM 2764,的应用电路原理图。,,,,,4. EEPROM,⑴ EEPROM概述,EEPROM是电可擦除可编程的。EEP

9、ROM允许按字节进行擦除和,编程，因此，它是最具有灵活性的ROM，也是最昂贵的ROM。,EEPROM通常用于系统的配置数据和参数的存储与备份。,⑵ EEPROM的使用,EEPROM通常有4种工作方式，即读方式、写方式、字节擦除方,式和整体擦除方式。,⑶ 其他EEPROM,,除了上面介绍的并行EEPROM外，广泛使用的还有串行,EEPROM。,,,,5. Flash存储器,⑴ Flash概述,,快闪存储器（Flash）技术是存储器技术的最新发展，使用标准,电压擦写和编程。与传统存储器相比，Flash的主要优势：,a. 非易失性,b. 易更新性,⑵ Flash的分类,,Flash主要有两类：NOR

10、 Flash和NAND Flash。,,,,5. Flash存储器（continued）,⑶ NAND Flash的使用,,,NAND Flash主要有两种用途：一种是用做存储卡；另一种用途,是用做嵌入式系统的程序存储器。,⑷ NOR Flash的使用,在嵌入式系统中使用NOR Flash有两种形式，一种是嵌入式处理,器上集成了Flash，另一种是片外扩展Flash。操作包括写入和读出。,Freescale公司的集成片内Flash的8位微控制器表现出众，具体,体现在：,a. 单一电源电压供应。,b. 可靠性高。,c. 擦写速度快。,,,,6. 只读存储器的编程,把程序或数据写到只读存储器中的过

11、程叫做编程。只读存储器,的编程有两种方式，一种是在线编程，另一种是离线编程。,⑴ 擦除器,目前使用的擦除器只用来擦除EPROM。,⑵ 编程器,目前，广泛使用的编程器大多是多功能的编程器，可以对,PROM、EPROM、Flash、EEPROM、PLD器件等编程。,编程过程包括3个步骤：空检查、载入程序和验证。,,,,6. 只读存储器的编程（continued）,⑶ 编程器的输入文件,a. intel 16进制格式,b. motorola格式,c. 二进制型,⑷ 在线编程,,a. JTAG编程器,b. monitor方式,⑸ 现场软件编程,现场软件编程便于系统的维护,,,,,,7 混合类型存储器,

12、具有RAM快速读/写访问的特性，又具有非易失性，,即掉电之后数据也不丢失。,例：NVRAM,特点：速度快，相对于EEPROM；价格高。,用途：存储配置数据等，要求高速度的应用。,,,,,,8 存储器的测试,,存储器测试的目的是确认在存储器件中的每一个存储单元都正,常工作。,1. 存储器件本身的问题,,存储器的问题可能发生在存储器芯片的内部和外部。内部问题,表现在存储器芯片内的某一个或某一部分存储单元出了问题；外部,问题指的是存储器芯片的连线问题、时序问题等。,2. 电子线路的问题,电子线路问题可能是由印制电路板设计或者制造中的错误造成,的，也可能是在加工好以后损坏的。,,,,3. 接触不良,为

13、了检测这种错误，需要设计适用的算法。,4. 芯片的不正确安装,,,如果有存储器芯片，但是安装到插槽时不正确，系统通常会表,现出好像是一个连线问题或者找不到存储器芯片。,,5. 制定测试算法,,,进行测试时需要按照正确的顺序进行，正确的顺序是：首先进,行数据总线测试，接着是地址总线测试，最后是存储器件测试。,⑴ 数据总线测试,,,目的：确定任何由处理器放置在数据总线上的值都被另一端的,存储设备正确接收。,方法：走1测试法。,,,5. 制定测试算法（continued）,⑵ 地址总线测试,,目的：地址总线的问题会导致存储区域的重叠,方法：测试位置2,n,⑶ 存储器件测试,,目的：存储器件测试用于测

14、试存储器件本身的完整性，要确认,器件中的每一位都没有故障。,方法：抽样测试,⑷ 综合测试,,进行了上面三种测试之后进行。,,,9 校证只读存储器的内容,1. 校验和,⑴ 校验和的原理,,原理：编程前，计算校验和求反，存放；运行时重新计算，与,存放的结果进行比较。,⑵ 校验和的缺点,,a. 如果所有的数据（包括存储的校验和）被意外地重写为零，那么这个数据错误将不会被检测出来。,b. 校验能力比较差。,2. 循环冗余码,循环冗余码（CRC）的可靠性比较高。,,,10 系统配置数据存储器,系统配置数据（常数）描述了系统的参数，这些参数包括软件,参数和硬件参数。存储这些参数的存储器的特点：非易失性、访

15、问,的方便性。,可以给SRAM加备份电源作为配置参数存储，原理如下图所示。,,,,小结,本章主要讲述存储器的分类、特点、性能指标等内容。另外，针对嵌入式系统的特点，介绍了各种存储器的使用方法。,通过本章的学习，应该了解嵌入式系统存储器子系统的组成，存储器的作用，同的存储器的种类、特点，以及在嵌入式系统中设计存储器子系统的方法。,学习本章的目的是设计嵌入式系统的存储器子系统。,,,思考题,1. 存储器的基本模型是什么？,2. 存储器的技术指标有哪些？,3. 嵌入式系统中使用的存储器有哪几种？分别有什么特点？适用于,哪些场合？,4. RAM存储器有几种？它们的特点是什么？分别适用于哪些场合？,5.

16、 ROM存储器有哪几种？它们的特点是什么？分别适用于哪些方面,的应用？,6. NOR Flash与NAND Flash有什么不同，分别有什么用途？,7. 混合类型的存储器的特点是什么？有什么用途？,8. 双端口存储器如何使用？,9. 存储器子系统如何校验？,10. 嵌入式系统代码如何引导，引导代码通常存放在哪里（哪种类型,的存储器中）？,,,,11. 与存储器有关的常用的开发装置有哪些？它们的用途是什么？,12. 嵌入式系统的编程通常有哪些方法？,,,,内容总结,嵌入式系统的存储器。嵌入式微处理器片上集成了一定数量的存储器，可以满足一定。有的嵌入式微处理器片上集成了一定数量的。⑶ 位容量：半导

17、体存储器件常用位容量来表示其存储功能。SRAM的操作有两种：读操作和写操作。掩膜ROM中的信息是厂家根据用户给定的程序或数据对芯片进。EEPROM通常用于系统的配置数据和参数的存储与备份。除了上面介绍的并行EEPROM外，广泛使用的还有串行。Freescale公司的集成片内Flash的8位微控制器表现出众，具体。目前使用的擦除器只用来擦除EPROM。的，也可能是在加工好以后损坏的。目的：确定任何由处理器放置在数据总线上的值都被另一端的。目的：地址总线的问题会导致存储区域的重叠。进行了上面三种测试之后进行。系统配置数据（常数）描述了系统的参数，这些参数包括软件。参数和硬件参数。存储这些参数的存储器的特点：非易失性、访问。学习本章的目的是设计嵌入式系统的存储器子系统,