FPGA中ROM與RAM相關(guān)知識(shí)匯總

一、基本概念

最熟悉的兩個(gè)詞語(yǔ)應(yīng)該是RAM與ROM，RAM（Random Access Memory）的全名為隨機(jī)存取記憶體，它相當(dāng)于PC機(jī)上的移動(dòng)存儲(chǔ)，用來(lái)存儲(chǔ)和保存數(shù)據(jù)的。它在任何時(shí)候都可以讀寫，RAM通常是作為操作系統(tǒng)或其他正在運(yùn)行程序的臨時(shí)存儲(chǔ)介質(zhì)，它的一切都是最好的，唯一缺點(diǎn)斷電一切東西都沒有了。

一般情況下，現(xiàn)在移動(dòng)設(shè)備也多了，我們叫它內(nèi)存，更通常的叫運(yùn)行內(nèi)存。還有一個(gè)熟悉的詞DDR2或DDR3，后面還會(huì)學(xué)習(xí)到的。

RAM 有兩大類，一種稱為靜態(tài)RAM（Static RAM/SRAM），SRAM速度非?？?，是目前讀寫最快的存儲(chǔ)設(shè)備了，但是它也非常昂貴，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如CPU的一級(jí)緩沖，二級(jí)緩沖。

另一種稱為動(dòng)態(tài)RAM（Dynamic RAM/DRAM），DRAM是通過(guò)在電容器中積累電荷來(lái)保存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)元件，電容器中充電狀態(tài)是1，放電狀態(tài)是0，由于電容器中的電荷在一點(diǎn)時(shí)間后會(huì)衰減，所以DRAM需要定期重新寫入數(shù)據(jù)的Refrash操作，DRAM保留數(shù)據(jù)的時(shí)間很短，速度也比SRAM慢，不過(guò)它還是比任何的ROM都要快。

但從價(jià)格上來(lái)說(shuō)DRAM相比SRAM要便宜很多，計(jì)算機(jī)內(nèi)存就是DRAM的。DRAM分為很多種，根據(jù)訪問(wèn)方式和規(guī)格的不同，分為不同的種類常見的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等。

DDR RAM（Double-Date-Rate RAM）也稱作DDR SDRAM，這種改進(jìn)型的RAM和SDRAM是基本一樣的，不同之處在于它可以在一個(gè)時(shí)鐘讀寫兩次數(shù)據(jù)，這樣就使得數(shù)據(jù)傳輸速度加倍了。

最早的為 FP DRAM，也稱作快頁(yè)內(nèi)存，不過(guò)限于其定時(shí)刷新的工作原理，所以導(dǎo)致這種內(nèi)存的數(shù)據(jù)存取速度并不快。但是這種內(nèi)存卻意外地成為了內(nèi)存發(fā)展承上啟下的關(guān)鍵因素。因?yàn)橹蟮膬?nèi)存規(guī)范，與FP DRAM在工作原理上可謂是非常相似。

隨后EDO RAM出現(xiàn)在眾人面前，這種內(nèi)存也屬于72Pin SIMM內(nèi)存的范疇，不過(guò)由于有著更大的容量和更先進(jìn)的尋址方式，所以在486時(shí)代非常盛行。這種內(nèi)存與FP DRAM原理大致相同，但是由于這種內(nèi)存簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)訪問(wèn)的流程，所以在存取速度上要比傳統(tǒng)的DRAM要快上不少。

速度雖然緩慢，看到了RAM的重要性，出現(xiàn)了SDRAM。而第一代SDRAM被稱為SDR SDRAM（Single Data Rate SDRAM）。64bit的帶寬與當(dāng)時(shí)處理器的總線寬度保持一致，這就表示一條SDRAM就能夠讓電腦正常運(yùn)行，這樣大大地降低了內(nèi)存的購(gòu)買成本。

由于內(nèi)存的傳輸信號(hào)與處理器外頻同步，所以在傳輸速度上，DIMM標(biāo)準(zhǔn)SDRAM要大幅領(lǐng)先于SIMM內(nèi)存。SDRAM出世之時(shí)恰逢Intel和AMD的主頻大戰(zhàn)，無(wú)論是主頻、倍頻和外頻都在不斷進(jìn)行變化。倍頻和主頻的提升對(duì)于內(nèi)存來(lái)說(shuō)并不是問(wèn)題，真正的問(wèn)題在于處理器外頻的提高需要SDRAM工作在更高的頻率上。

所以SDRAM的頻率也經(jīng)過(guò)了數(shù)次升級(jí)。從最早的PC66到PC133，從SDRAM頻率的變化就能看出處理器外頻的升級(jí)。而在超頻市場(chǎng)中，為了能夠讓處理器外頻達(dá)到更高的水平，市面上還出現(xiàn)了PC150、PC166等規(guī)格，可以說(shuō)SDRAM在頻率上更加靈活，性能也能夠滿足平臺(tái)的需求。

DDR SDRAM英文名稱為Dual Date Rate SDRAM，從字面意思上也能知道，這種內(nèi)存比第一代的SDR SDRAM多出一倍的傳輸速率。其秘密就在于DDR SDRAM在數(shù)據(jù)傳輸中同時(shí)使用了信號(hào)的上升沿和下降沿，這樣在相同的時(shí)鐘下，DDR SDRAM的傳輸速率得到了成倍的提高。

ROM（Read Only Memory）的全名為唯讀記憶體，它相當(dāng)于PC機(jī)上的硬盤，用來(lái)存儲(chǔ)和保存數(shù)據(jù)。ROM數(shù)據(jù)不能隨意更新，但是在任何時(shí)候都可以讀取。即使是斷電，ROM也能夠保留數(shù)據(jù)。但是資料一但寫入后只能用特殊方法或根本無(wú)法更改，但這么久了ROM已經(jīng)有了很大的發(fā)展，不再是最初的摸樣了。

rom最初不能編程，出廠什么內(nèi)容就永遠(yuǎn)什么內(nèi)容，不靈活。后來(lái)出現(xiàn)了prom，可以自己寫入一次，要是寫錯(cuò)了，只能換一片，自認(rèn)倒霉。人類文明不斷進(jìn)步，終于出現(xiàn)了可多次擦除寫入的EPROM，每次擦除要把芯片拿到紫外線上照一下，想一下你往單片機(jī)上下了一個(gè)程序之后發(fā)現(xiàn)有個(gè)地方需要加一句話，為此你要把單片機(jī)放紫外燈下照半小時(shí)，然后才能再下一次，這么折騰一天也改不了幾次。

歷史的車輪不斷前進(jìn)，偉大的EEPROM出現(xiàn)了，拯救了一大批程序員，終于可以隨意的修改rom中的內(nèi)容了，這一段話就說(shuō)出了ROM的發(fā)展歷程。

狹義的EEPROM：這種rom的特點(diǎn)是可以隨機(jī)訪問(wèn)和修改任何一個(gè)字節(jié)，可以往每個(gè)bit中寫入0或者1。這是最傳統(tǒng)的一種EEPROM，掉電后數(shù)據(jù)不丟失，可以保存100年，可以擦寫100w次。具有較高的可靠性，但是電路復(fù)雜/成本也高。

它的改寫是由高電壓或者由控制端的邏輯電平來(lái)完成的。因此目前的EEPROM都是幾十千字節(jié)到幾百千字節(jié)的，絕少有超過(guò)512K的。我們也就發(fā)現(xiàn)了EEPROM的確可以實(shí)現(xiàn)隨意讀寫，EEPROM的全稱是“電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器”，即Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory。

可介紹的這兩種都不存在大容量并且也十分昂貴，那我們平時(shí)見到的幾十G的存儲(chǔ)設(shè)備是什么？flash就應(yīng)運(yùn)而生了。flash屬于廣義的EEPROM，因?yàn)樗彩请姴脸膔om。但是為了區(qū)別于一般的按字節(jié)為單位的擦寫的EEPROM，我們都叫它flash。flash做的改進(jìn)就是擦除時(shí)不再以字節(jié)為單位，而是以塊為單位，一次簡(jiǎn)化了電路，數(shù)據(jù)密度更高，降低了成本。上M的rom一般都是flash。

ROM的應(yīng)用

對(duì)數(shù)指數(shù)、三角函數(shù)等常規(guī)計(jì)算通過(guò)寫出真值表，將自變量以地址碼的形式輸至ROM，用ROM表來(lái)實(shí)現(xiàn)。還有碼制轉(zhuǎn)換，例如二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)格雷碼。脈沖序列發(fā)生器，偽彩色處理電路，也就是將一幅黑白圖像變成彩色圖像顯示，將灰度圖像對(duì)應(yīng)到red ， green ， blue三個(gè)通道上，最后將三個(gè)通道的顏色值合成為需要顯示的RGB顏色值即可。具體可參考 https://blog.csdn.net/huixingshao/article/details/42706699 。

接下來(lái)說(shuō)一下flash的分類，flash分為nor flash和nand flash。nor flash數(shù)據(jù)線和地址線分開，可以實(shí)現(xiàn)ram一樣的隨機(jī)尋址功能，可以讀取任何一個(gè)字節(jié)。但是擦除仍要按塊來(lái)擦。nand flash同樣是按塊擦除，但是數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用，不能利用地址線隨機(jī)尋址。

讀取只能按頁(yè)來(lái)讀取。NOR Flash的讀取，用戶可以直接運(yùn)行裝載在NOR FLASH里面的代碼。NAND Flash沒有采取內(nèi)存RAM的隨機(jī)讀取技術(shù)，它的讀取是以一次讀取一塊的形式來(lái)進(jìn)行的，通常是一次讀取512個(gè)字節(jié)，采用這種技術(shù)的Flash比較廉價(jià)。

用戶不能直接運(yùn)行NAND Flash上的代碼，因此好多使用NAND Flash的開發(fā)板除了使用NAND Flah以外，還作上了一塊小的NOR Flash來(lái)運(yùn)行啟動(dòng)代碼。nandflash引腳上復(fù)用，因此讀取速度比nor flash慢一點(diǎn)，但是擦除和寫入速度比nor flash快很多。

nand flash內(nèi)部電路更簡(jiǎn)單，因此數(shù)據(jù)密度大，體積小，成本也低。因此大容量的flash都是nand型的。小容量的2～12M的flash多是nor型的。nor flash可以進(jìn)行字節(jié)尋址，所以程序可以在nor flash中運(yùn)行。嵌入式系統(tǒng)多用一個(gè)小容量的nor flash存儲(chǔ)引導(dǎo)代碼，用一個(gè)大容量的nand flash存放文件系統(tǒng)和內(nèi)核。

編輯：jq