MCU存儲(chǔ)系統(tǒng)的基本知識(shí)

這一篇主要講講ROM\RAM\Flash的一些零碎知識(shí)點(diǎn)，網(wǎng)上也能找到很多資料。

1 ROM

1.1概述

只讀存儲(chǔ)器（Read-only memory, ROM），當(dāng)然從廣義上來講，也有一些器件，例如Flash，EPROM等等，通過某種手段可以編程的，也屬于ROM的范疇的。ROM一般用在一些程序的存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，這里程序多半是比較固定的程序（Firmware，固件，一種跟硬件強(qiáng)相關(guān)的程序，例如驅(qū)動(dòng)等等），這里的數(shù)據(jù)多半是固化的表項(xiàng)，查找表等等不會(huì)怎么改變的表項(xiàng)。

1.2基本原理

HDL設(shè)計(jì)中，對于小ROM，深度和位寬都不大，一般使用組合邏輯就可以做一個(gè)ROM。如果數(shù)據(jù)比較大，比如1K*4B這種，就換一種ROM，使用標(biāo)準(zhǔn)單元Mask ROM，來做存儲(chǔ)，如下圖所示。百度百科對MASK ROM的定義，是制造商為了要大量生產(chǎn)，事先制作一顆有原始數(shù)據(jù)的ROM或EPROM當(dāng)作樣本，然后再大量生產(chǎn)與樣本一樣的 ROM，這一種做為大量生產(chǎn)的ROM樣本就是MASK ROM，而燒錄在MASK ROM中的資料永遠(yuǎn)無法做修改。

1.3分類

一種是真的寫了就沒法改的ROM；一種是可以寫一次的ROM（one-time Programmable read-only memory），使用的高壓反熔絲技術(shù)；一種是可擦出的能、能寫多次的ROM（Erasable programmable read only memory），使用紫外線擦除；一種是電擦除的EEPROM（Electrically Erasable programmable read only memory，EEPROM），再到后來東芝搞的Flash。工業(yè)界第一種ROM和最后一種的Flash用的比較多。

2 Flash

1.1原理

非遺失性的存儲(chǔ)，是在ROM的基礎(chǔ)上演進(jìn)出來的。目前主流是NAND和NOR。模擬的團(tuán)隊(duì)來做flash?？梢匀我獾刂吩L問。對于連續(xù)地址讀訪問，NAND和NOR的帶寬差距不大。NAND是存儲(chǔ)塊訪問，NOR可以Byte訪問?？偟膩碚f，NOR特點(diǎn)就是比較細(xì)的訪問，基本啟動(dòng)程序放NOR中，穩(wěn)定性和可靠性也稍微高一些；NAND訪問數(shù)據(jù)塊比較好，通常數(shù)據(jù)放NAND中，而且成本也較低。

圖： NOR Flash的時(shí)序

ale: address lock enable；一般Flash不會(huì)直接集成到芯片中，如果集成在芯片外面，IO數(shù)量增加，NOR解決辦法就是數(shù)據(jù)和地址復(fù)用，當(dāng)ale為高的時(shí)候，addr上走的是地址，當(dāng)ale為低且csn為低的時(shí)候，addr上走的是數(shù)據(jù)。

wen：write enable；用于指示讀還是寫。

rdy：對于芯片和FLash分離，因?yàn)槭钱惒?a target="_blank">接口，所以使用rdy信號(hào)用來握手。對于MCU來講，如果把小的NOR flash集成到芯片內(nèi)部，就可以直接使用同步接口，也就是SRAM的接口。

圖：NAND Flash時(shí)序

CLE：Chip Lock Enable；

可以看到NAND也是數(shù)據(jù)和地址線復(fù)用的。NAND可以大塊的數(shù)據(jù)讀寫，多了些Command。NAND Flash在MCU中的比較少。Flash跟ROM和RAM不同，不想數(shù)字的可以直接用工具生成，這個(gè)需要模擬團(tuán)隊(duì)自己做。

3 RAM

1.1基本概念

Static Random Access Memory，靜態(tài)的，隨機(jī)的訪問。靜態(tài)的，不用刷新，不像DRAM需要隨時(shí)刷新，但是SRAM沒有DRAM的集成度高，面積比較大。另外，速度和功耗比DRAM好一些。

圖：存儲(chǔ)一個(gè)bit的SRAM的結(jié)構(gòu)

6個(gè)CMOS管子組成一個(gè)SRAM單元，Q1和Q3組成反相器，Q2和Q4組成反相器，兩個(gè)反相器組成一個(gè)環(huán)路，這樣，只要不掉電，這個(gè)邏輯環(huán)就不會(huì)變，跟觸發(fā)器原理有點(diǎn)類似。Q5用于控制輸入，Q6用于控制輸出，兩個(gè)管子相當(dāng)于輸入和輸出的開關(guān)。

1.2 分類

single port SRAM：不會(huì)發(fā)生讀寫沖突，因?yàn)橹笠粋€(gè)端口，要么讀，要么寫；盡量做到先寫后讀，或者初始化再度，否則讀出來的數(shù)據(jù)有可能不對（原因是SRAM的軟失效）。對于軟失效，可以加一個(gè)ECC校驗(yàn)，例如寸10bir，其中2bit是校驗(yàn)位。

Two port SRAM：FOGA的讀寫沖突允許，但是ASIC不可以，在同一個(gè)時(shí)刻，讀地址和寫地址不要一樣。FIFO一般是TP SRAM。

Dual port SRAM：也是兩個(gè)端口A、B，可以A讀B寫，也可以A寫B(tài)讀，不在局限于只能誰讀誰寫?？煽啃?，面積和率都不是很好。

工程上，使用兩個(gè)SRAM，做乒乓操作，實(shí)現(xiàn)TP SRAM的功能，一個(gè)讀的時(shí)候，另外一個(gè)寫。兩個(gè)SRAM加起來面積可能比TP SRAM小一些。對于幾百幾K的bit位，直接用D觸發(fā)器來存儲(chǔ)比較好。

1.3 接口

SRAM有一個(gè)需要注意下，就是Redundancy接口，用于擴(kuò)展SRAM的，在比較的大的memory中會(huì)用，例如cache，這個(gè)接口可選的。用法的話，舉個(gè)例子這個(gè)就是說，當(dāng)SRAM中有一塊壞掉了，這個(gè)時(shí)候就在尾部在接一塊SRAM存儲(chǔ)，就把壞塊的地址映射到新加的存儲(chǔ)塊中，這個(gè)時(shí)候就要用的Redundancy了。

1.4 時(shí)序

對于Single port SDRAM的時(shí)序，如下圖：

讀是在一個(gè)時(shí)鐘周期完成，如果是連續(xù)寫，紅點(diǎn)處，write enable是可以一直拉低的；讀的話，是要在下一個(gè)時(shí)刻才能采到數(shù)據(jù)，注意下。