電路設(shè)計(jì)離不開存儲器器件，對于一個(gè)電路系統(tǒng)而言，一般包含以下幾種存儲器：ROM、RAM、FLASH

存儲器分類

ROM——存儲固化程序的（存放指令代碼和一些固定數(shù)值，程序運(yùn)行后不可改動）

c文件及h文件中所有代碼、全局變量、局部變量、’const’限定符定義的常量數(shù)據(jù)、startup.asm文件中的代碼（類似ARM中的bootloader或者X86中的BIOS，一些低端的單片機(jī)是沒有這個(gè)的）通通都存儲在ROM中，只可讀。

RAM——程序運(yùn)行中數(shù)據(jù)的隨機(jī)存?。勺x寫，但掉電后數(shù)據(jù)消失）

整個(gè)程序中，所用到的需要被改寫的量，都存儲在RAM中，“被改變的量”包括全局變量、局部變量、堆棧段。

FLASH——存儲用戶程序和需要永久保存的數(shù)據(jù)，可讀寫，掉電后數(shù)據(jù)不消失。

例如：現(xiàn)在家用的電子式電度表，它的內(nèi)核是一款單片機(jī)，該單片機(jī)的程序就是存放在ROM里的。電度表在工作過程中，是要運(yùn)算數(shù)據(jù)的，要采集電壓和電流，并根據(jù)電壓和電流計(jì)算出電度來。電壓和電流時(shí)一個(gè)適時(shí)的數(shù)據(jù)，用戶不關(guān)心，它只是用來計(jì)算電度用，計(jì)算完后該次采集的數(shù)據(jù)就用完了，然后再采集下一次，因此這些值就沒必要永久存儲，就把它放在RAM里邊。然而計(jì)算完的電度，是需要永久保存的，單片機(jī)會定時(shí)或者在停電的瞬間將電度數(shù)存入到FLASH里。

存儲器運(yùn)作原理

1、程序經(jīng)過編譯、匯編、鏈接后，生成固件；

2、用專用的燒錄軟件，通過燒錄器將固件文件燒錄到ROM中

注：這個(gè)時(shí)候的ROM中，包含所有的程序內(nèi)容：一行一行的程序代碼、函數(shù)中用到的局部變量、頭文件中所聲明的全局變量，const聲明的只讀常量等，都被生成了二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

疑問：既然所有的數(shù)據(jù)在ROM中，那RAM中的數(shù)據(jù)從哪里來？什么時(shí)候CPU將數(shù)據(jù)加載到RAM中？會不會是在燒錄的時(shí)候，已經(jīng)將需要放在RAM中數(shù)據(jù)燒錄到了RAM中？

答：

（1）ROM是只讀存儲器，CPU只能從里面讀數(shù)據(jù)，而不能往里面寫數(shù)據(jù)，掉電后數(shù)據(jù)依然保存在存儲器中；RAM是隨機(jī)存儲器，CPU既可以從里面讀出數(shù)據(jù)，又可以往里面寫入數(shù)據(jù)，掉電后數(shù)據(jù)不保存，這是條永恒的真理，始終記掛在心。

（2）RAM中的數(shù)據(jù)不是在燒錄的時(shí)候?qū)懭氲模驗(yàn)闊浲戤吅?，拔掉電源，?dāng)再給MCU上電后，CPU能正常執(zhí)行動作，RAM中照樣有數(shù)據(jù)，這就說明：RAM中的數(shù)據(jù)不是在燒錄的時(shí)候?qū)懭氲?，同時(shí)也說明，在CPU運(yùn)行時(shí)，RAM中已經(jīng)寫入了數(shù)據(jù)。

3、ROM中包含所有的程序內(nèi)容，在MCU上電時(shí)，CPU開始從第1行代碼處執(zhí)行指令。這里所做的工作是為整個(gè)程序的順利運(yùn)行做好準(zhǔn)備，或者說是對RAM的初始化（注：ROM是只讀不寫的），工作任務(wù)有幾項(xiàng)：

（1）為全局變量分配地址空間—如果全局變量已賦初值，則將初始值從ROM中拷貝到RAM中，如果沒有賦初值，則這個(gè)全局變量所對應(yīng)的地址下的初值為0或者是不確定的。當(dāng)然，如果已經(jīng)指定了變量的地址空間，則直接定位到對應(yīng)的地址就行，那么這里分配地址及定位地址的任務(wù)由“連接器”完成。

（2）設(shè)置堆棧段的長度及地址—用C語言開發(fā)的單片機(jī)程序里面，普遍都沒有涉及到堆棧段長度的設(shè)置，但這不意味著不用設(shè)置。堆棧段主要是用來在中斷處理時(shí)起“保存現(xiàn)場”及“現(xiàn)場還原”的作用，其重要性不言而喻。而這么重要的內(nèi)容，也包含在了編譯器預(yù)設(shè)的內(nèi)容里面，確實(shí)省事，可并不一定省心。

（3）分配數(shù)據(jù)段data，常量段const，代碼段code的起始地址——代碼段與常量段的地址可以不管，它們都是固定在ROM里面的，無論它們怎么排列，都不會對程序產(chǎn)生影響。但是數(shù)據(jù)段的地址就必須得關(guān)心。數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)時(shí)要從ROM拷貝到RAM中去的，而在RAM中，既有數(shù)據(jù)段data,也有堆棧段stack，還有通用的工作寄存器組。通常，工作寄存器組的地址是固定的，這就要求在絕對定址數(shù)據(jù)段時(shí)，不能使數(shù)據(jù)段覆蓋所有的工作寄存器組的地址。必須引起嚴(yán)重關(guān)注。

注：這里所說的“第一行代碼處”，并不一定是你自己寫的程序代碼，絕大部分都是編譯器代勞的，或者是編譯器自帶的demo程序文件。因?yàn)椋阕约簩懙某绦颍–語言程序）里面，并不包含這些內(nèi)容。高級一點(diǎn)的單片機(jī)，這些內(nèi)容，都是在startup的文件里面。

4、普通的flash MCU是在上電時(shí)或復(fù)位時(shí)，PC指針里面的存放的是“0000”，表示CPU從ROM的0000地址開始執(zhí)行指令，在該地址處放一條跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)到_main函數(shù)中，然后根據(jù)不同的指令，一條一條的執(zhí)行，當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)（中斷數(shù)量也很有限，2~5個(gè)中斷），按照系統(tǒng)分配的中斷向量表地址，在中斷向量里面，放置一條跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的指令，如此，整個(gè)程序就跑起來了。決定CPU這樣做，是這種ROM結(jié)構(gòu)所造成的。過程中中C語言編譯器作了很多的工作，可仔細(xì)閱讀編譯器自帶的help文件進(jìn)行學(xué)習(xí)。

存儲器詳細(xì)說明

1.RAM

RAM（隨機(jī)存儲器，Random Access Memory）指存儲內(nèi)容可被快速地寫入或者讀出，掉電后存儲內(nèi)容丟失地存儲器。

RAM可分為SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存儲器，Static RAM）和DRAM（動態(tài)隨機(jī)存儲器，Dynamic RAM）兩種。

1）SRAM

SRAM的優(yōu)點(diǎn)是只要器件不掉電，存儲內(nèi)容就不會丟失，無需刷新電路，工作速度快。缺點(diǎn)是集成度低，功耗大，價(jià)格高。

上圖是一種典型的SRAM結(jié)構(gòu)，每個(gè)存儲單元由六個(gè)MOS管組成，中間四個(gè)MOS管構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，兩側(cè)的兩個(gè)MOS管（Q1，Q1’）的開關(guān)狀態(tài)由同一個(gè)選擇信號CE控制。

數(shù)據(jù)寫入時(shí)，數(shù)據(jù)信號D及其取反后的信號D#分別出現(xiàn)在Q1和Q1’上，待選擇信號CE將Q1和Q1’導(dǎo)通后，D和D#觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，使之發(fā)生相應(yīng)的翻轉(zhuǎn)，并使翻轉(zhuǎn)后的狀態(tài)一直得到保留，直到下次數(shù)據(jù)寫入事件的發(fā)生。

數(shù)據(jù)讀出時(shí)，選擇信號CE有效并使Q1和Q1’導(dǎo)通后，A和A’點(diǎn)的邏輯狀態(tài)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)信號D和D#上，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取，該讀取的過程并不改變存儲單元內(nèi)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的狀態(tài)。

每個(gè)SRAM存儲單元由六個(gè)MOS管組成，功耗大，集成度低，但由于內(nèi)部采用了雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，也無需不斷地對內(nèi)部存儲地內(nèi)容進(jìn)行刷新。

2）DRAM

DRAM地優(yōu)點(diǎn)是集成度高，功耗小，價(jià)格低。

缺點(diǎn)是即便器件不掉電，存儲內(nèi)容也只能保持很短地時(shí)間，需不斷地被刷新。

典型地DRAM結(jié)構(gòu)圖如下：

每個(gè)存儲單元由一個(gè)MOS管及其寄生電容構(gòu)成。由于數(shù)據(jù)信號的狀態(tài)由電容的電荷量決定，因此每隔一段時(shí)間需對電容做一次充放電的刷新操作。

2.ROM

ROM（只讀存儲器，Read only memory）指一旦寫入，則無法擦除改寫的存儲器。此處，將ROM的定義做進(jìn)一步的擴(kuò)展，定義為非易失存儲器，即器件掉電后，內(nèi)部存儲器內(nèi)容仍保留，且支持電可擦除可改寫的只讀存儲器。

電路設(shè)計(jì)中常用的ROM包括EEPROM（電可擦寫可編程只讀存儲器）和FLASH（閃速存儲器）

SDRAM介紹

SDRAM概述

SDRAM指同步動態(tài)隨機(jī)存儲器，同步指存儲器的工作需要參考時(shí)鐘。

SDRAM的信號輸出電平為LVTTL，屬單端信號。

對于同步動態(tài)存儲器件，有三個(gè)與工作速率相關(guān)的重要指標(biāo)：內(nèi)核工作頻率、時(shí)鐘頻率、數(shù)據(jù)傳輸速率。

就SDRAM而言，其內(nèi)核工作頻率、時(shí)鐘頻率和數(shù)據(jù)傳輸速率三者相同。

最高速率可達(dá)200MHZ，設(shè)計(jì)中常用的速率有100MHZ、133MHZ、167MHZ。

SDRAM存儲空間被分為若干邏輯塊（BANK），取地址時(shí)，首先需提供BANK地址以找到待操作的邏輯塊，然后需提供行地址和列地址以在該BANK內(nèi)定為存儲單元。因此，在器件資料上，SDRAM存儲容量的

定義方式是：地址數(shù)X位寬XBANK數(shù)。

例如： 512Mbit的SDRAM 規(guī)格為 32M X 4 X4

行地址信號線為A0 ~ A12共13根，可組成2^{13}個(gè)不同的行地址，列地址信號線為A0~ A9、A11、A12共12根，可組成2^{12}個(gè)不同的列地址，因此地址數(shù)為32M。數(shù)據(jù)信號線為D0~D3共四根，因此數(shù)據(jù)位寬為4位（想象每塊BANK是立體的；行->高；列->長；位寬->寬），BANK信號線為B0 ~ B1共兩根，因此BANK數(shù)為4（2^{2}）。

DDR SDRAM

DDR指雙倍速率（Double Data Rate），DDR SDRAM與SDRAM的基本結(jié)構(gòu)是相似的，最基本的區(qū)別在于DDR SDRAM支持在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳輸兩次數(shù)據(jù)，這是通過接口結(jié)構(gòu)的改進(jìn)而實(shí)現(xiàn)的。

DDR SDRAM采用2倍預(yù)取架構(gòu)，即芯片內(nèi)部能以兩倍于時(shí)鐘運(yùn)行的速率預(yù)取數(shù)據(jù)，從而使得芯片內(nèi)核工作速率僅為外部數(shù)據(jù)傳輸率的一半。

SDRAM采用1倍預(yù)取架構(gòu)，即芯片內(nèi)核工作速率與外部數(shù)據(jù)傳輸速率相同。

內(nèi)核工作速率越高，芯片工藝越復(fù)雜，基于這種工藝的限制，不可能快速地提高芯片內(nèi)核工作速率。在相同地內(nèi)核工作速率下，DDR SDRAM地外部數(shù)據(jù)傳輸速率為SDRAM的兩倍，從而提高存儲器的傳輸效率。

例如，在DDR SDRAM和SDRAM的外部數(shù)據(jù)傳輸速率為400Mbps的情況下，對于DDR SDRAM，其內(nèi)核工作速率僅需要200MHZ，而對于SDRAM，其內(nèi)核工作速率需要為400MHZ。

利用這項(xiàng)技術(shù)，DDR SDRAM可以在不提高內(nèi)核工作速率的前提下（即無需對芯片做大的技術(shù)革新），大大提高外部數(shù)據(jù)傳輸速率，從而獲取更高的性能。

DDR SDRAM與SDRAM硬件設(shè)計(jì)上的區(qū)別

時(shí)鐘信號。SDRAM的時(shí)鐘信號CLK為單端信號，而DDR SDRAM則采用差分對時(shí)鐘信號CK/CK#

信號電平。SDRAM采用LVTTL電平，接口信號為單端信號，而DDR SDRAM采用SSTL-2電平，接口信號本質(zhì)上屬于差分對。

電源。兩種存儲器的電源引腳都分為Vdd和Vddq，一般這兩種引腳均可采用同一電源供電，但SDRAM的電源為3.3V，而DDR SDRAM的電源為2.5V。

電源種類。SDRAM僅需3.3V電源，而DDR SDRAM需三種電源：給Vdd/Vddq供電的2.5V，給Vref供電的1.25V，以及給SSTL-2終結(jié)電路供電的Vtt電源1.25V。

時(shí)序測試。對地址信號、控制信號，SDRAM和DDR SDRAM的時(shí)序測試方法相同，對數(shù)據(jù)信號，SDRAM為單邊沿采樣，DDR SDRAM為雙邊沿采樣，且時(shí)序參考信號DQS而不是時(shí)鐘信號。

輸出信號驅(qū)動能力。DDR SDRAM輸出信號的驅(qū)動能力可被設(shè)置為強(qiáng)驅(qū)動或者弱驅(qū)動兩種模式，SDRAM則不能設(shè)置。

DDR2

DDR2（Double Data Rate2, 兩倍數(shù)據(jù)速率，版本2）SDRAM

與DDR SDRAM相比，雖然其仍保持了一個(gè)時(shí)鐘周期完成兩次數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦裕獶DR2 SDRAM在數(shù)據(jù)傳輸率，延時(shí)，功耗等方面有了顯著提高。

DDR2 SDRAM的技術(shù)更新

DDR SDRAM的數(shù)據(jù)預(yù)取能力是2，即芯片內(nèi)部能以兩倍于時(shí)鐘的速度來預(yù)取數(shù)據(jù)，這使得芯片內(nèi)核工作頻率僅需要外部數(shù)據(jù)傳輸率的一半。對此，DDR2 SDRAM做了進(jìn)一步的改進(jìn)，其數(shù)據(jù)預(yù)取能力為4，使得芯片內(nèi)核工作頻率僅需要為外部數(shù)據(jù)傳輸率的1/4。而對于SDRAM，芯片內(nèi)核工作頻率等于外部數(shù)據(jù)傳輸速率。所以，同樣內(nèi)核工作頻率下，DDR SDRAM的數(shù)據(jù)傳輸率比SDRAM高一倍，而DDR SDRAM的數(shù)據(jù)傳輸率又比DDR SDRAM高一倍。

例如，在DDR2 和DDR SDRAM的外部數(shù)據(jù)傳輸率都為400Mbps的情況下，對于DDR2 SDRAM而言，其內(nèi)核工作頻率僅為100MHZ，而對于DDR SDRAM，其內(nèi)核工作頻率為200MHZ。如果是SDRAM，其內(nèi)核頻率需達(dá)到400MHZ，才能提供400Mbps的外部數(shù)據(jù)傳輸率，正是因?yàn)槿绱烁叩膬?nèi)核頻率無法在技術(shù)和工藝上得到實(shí)現(xiàn)，因此SDRAM的數(shù)據(jù)傳輸率無法達(dá)到400Mbps。

利用這項(xiàng)技術(shù)，DDR2 SDRAM可以在不提高內(nèi)核工作頻率的前提下（即無需對芯片做大的技術(shù)革新），大大提高外部數(shù)據(jù)傳輸速率。

SRAM

DRAM的性能在很大程度上受刷新操作的影響，而SRAM則不涉及刷新，因此在相同時(shí)鐘頻率的條件下，SRAM的性能遠(yuǎn)高于DRAM。

SRAM的缺點(diǎn)是集成度低，容量小，功耗大，價(jià)格高。

在應(yīng)用的場合上，SRAM毫不遜色于DRAM。CPU的高速緩存（如 一級緩存；二級緩存）即為SRAM，相比CPU外部1GB，甚至2GB 的DRAM存儲器，CPU內(nèi)SRAM的容量則小得多，且CPU內(nèi)部SRAM容量的大小，在很大程度上決定了CPU性能的高低。

SRAM分為同步SRAM與異步SRAM兩大類，同步SRAM街道讀寫指令后，需參考外部時(shí)鐘信號的邊沿才能發(fā)起操作，而異步SRAM則無需外部時(shí)鐘，只要接到讀寫指令立即開始工作。

在高速電路設(shè)計(jì)中，ZBT SRAM和QDRII SRAM是常用的SRAM，這兩種SRAM都屬于同步SRAM。

Flash

電路設(shè)計(jì)中，一般采用Flash存儲大容量的底層驅(qū)動程序或軟件程序。

目前常用的FLASH 芯片有NOR 和 NAND兩種規(guī)格。

NOR FLASH和NAND FLASH 的區(qū)別列舉如下：

（1）信號線區(qū)別：NOR FLASH有獨(dú)立的地址、數(shù)據(jù)引腳，與SRAM類似；而NAND FLASH的地址、數(shù)據(jù)引腳是復(fù)用的。

（2）讀取方式： NOR FLASH的應(yīng)用特點(diǎn)是片上運(yùn)行，即，由于其讀取方便，程序可直接在FLASH中運(yùn)行，而無需導(dǎo)入SDRAM等高速存儲器件，適合于引導(dǎo)程序的存儲。NAND FLASH的應(yīng)用特點(diǎn)是高密度大容量，適合于大規(guī)模容量軟件的存儲，如上層應(yīng)用軟件的存儲，但由于其地址、數(shù)據(jù)引腳復(fù)用在一起，操作時(shí)，需使用專門的驅(qū)動代碼將讀取指令轉(zhuǎn)換為NAND FLASH可以識別的指令，讀取操作復(fù)雜，運(yùn)行時(shí)，需將軟件程序?qū)隨DRAM等器件后再執(zhí)行。

（3）編程方式：NOR FLASH的擦除和寫入速度較慢，達(dá)到秒級；而NAND FLASH的擦鞋和寫入速度快，僅為毫秒級；NOR FLASH 和NAND FLASH均可對片內(nèi)某個(gè)塊（block）單獨(dú)擦除，同時(shí)保留其他地址空間的存儲內(nèi)容，不過，NAND FLASH的擦除單元塊相對更小。

（4）存儲容量：基于同樣的價(jià)格，NAND FLASH的容量更大。

FLASH 是易損器件，設(shè)計(jì)中注意事項(xiàng)：

（1）ESD。調(diào)試和生產(chǎn)時(shí)，若不采取防靜電措施，F(xiàn)LASH器件極易遭到損壞，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使FLASH遠(yuǎn)離單板邊緣。

（2）機(jī)械損壞。由于FLASH器件較薄，且橫截面積相對較大，容易遭到機(jī)械損壞，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意FLASH器件不能布放在單板易彎曲處。

EEPROM

EEPROM常用于單板信息的存儲（如單板名稱、廠家名稱、單板版本號、單板序列號等），EEPROM在應(yīng)用上的特點(diǎn)是：容量?。⊿DRAM的存儲容量一般為幾百兆至幾吉比特位；FLASH的容量一般為幾百兆位，而EEPROM的存儲容量一般僅為幾千比特位）、非易失、讀取方便（使用IIC總線）。

ATMEL公司的AT24C系列EEPROM器件：

AT24C01 1Kbit

AT24C02 2Kbit

AT24C04 4Kbit

AT24C08 8Kbit

AT24C16 16Kbit

NorFlash、NandFlash、eMMC閃存的比較與區(qū)別

NorFlash

NOR Flash需要很長的時(shí)間進(jìn)行抹寫，但是它提供完整的尋址與數(shù)據(jù)總線，并允許隨機(jī)存取存儲器上的任何區(qū)域，這使的它非常適合取代老式的ROM芯片。當(dāng)時(shí)ROM芯片主要用來存儲幾乎不需更新的代碼，例如電腦的BIOS或機(jī)上盒(Set-top Box)的固件。NOR Flash可以忍受一萬到一百萬次抹寫循環(huán)，它同時(shí)也是早期的可移除式快閃存儲媒體的基礎(chǔ)。CompactFlash本來便是以NOR Flash為基礎(chǔ)的，雖然它之后跳槽到成本較低的 NAND Flash。

NandFlash

NAND Flash式東芝在1989年的國際固態(tài)電路研討會(ISSCC)上發(fā)表的， 要在NandFlash上面讀寫數(shù)據(jù)，要外部加主控和電路設(shè)計(jì)。

NAND Flash具有較快的抹寫時(shí)間, 而且每個(gè)存儲單元的面積也較小，這讓NAND Flash相較于NOR Flash具有較高的存儲密度與較低的每比特成本。同時(shí)它的可抹除次數(shù)也高出NOR Flash十倍。然而NAND Flash 的I/O接口并沒有隨機(jī)存取外部地址總線，它必須以區(qū)塊性的方式進(jìn)行讀取，NAND Flash典型的區(qū)塊大小是數(shù)百至數(shù)千比特。

因?yàn)槎鄶?shù)微處理器與微控制器要求字節(jié)等級的隨機(jī)存取，所以NAND Flash不適合取代那些用以裝載程序的ROM。從這樣的角度看來，NAND Flash比較像光盤、硬盤這類的次級存儲設(shè)備。NAND Flash非常適合用于儲存卡之類的大量存儲設(shè)備。第一款創(chuàng)建在NAND Flash基礎(chǔ)上的可移除式存儲媒體是SmartMedia，此后許多存儲媒體也跟著采用NAND Flash，包括MultiMediaCard、Secure Digital、Memory Stick與xD卡。

EMMC

emmc存儲器eMMC (Embedded Multi Media Card) 為MMC協(xié)會所訂立的，eMMC 相當(dāng)于 NandFlash+主控IC ，對外的接口協(xié)議與SD、TF卡一樣，主要是針對手機(jī)或平板電腦等產(chǎn)品的內(nèi)嵌式存儲器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。eMMC的一個(gè)明顯優(yōu)勢是在封裝中集成了一個(gè)控制器，它提供標(biāo)準(zhǔn)接口并管理閃存，使得手機(jī)廠商就能專注于產(chǎn)品開發(fā)的其它部分，并縮短向市場推出產(chǎn)品的時(shí)間。這些特點(diǎn)對于希望通過縮小光刻尺寸和降低成本的NAND供應(yīng)商來說，同樣的重要。

eMMC由一個(gè)嵌入式存儲解決方案組成，帶有MMC（多媒體卡）接口、快閃存儲器設(shè)備（Nand Flash）及主控制器，所有都在一個(gè)小型的BGA 封裝。接口速度高達(dá)每秒52MBytes，eMMC具有快速、可升級的性能。同時(shí)其接口電壓可以是 1.8v 或者是 3.3v。

現(xiàn)在很多智能電視已經(jīng)逐步拋棄Nor或Nand，使用更為先進(jìn)的eMMC芯片，然而普通編程器無法讀寫eMMC芯片，新開發(fā)的可支持eMMC芯片燒寫的編程器性價(jià)比高，還能支持Nor、Nand芯片，支持全面、功能強(qiáng)大

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