選型必備:嵌入式應用中存儲器的選型秘籍
發布時間:2015-01-11 責任編輯:echolady
【導讀】在(zai)嵌(qian)入(ru)式(shi)係(xi)統(tong)中(zhong)那(na)個(ge),存(cun)儲(chu)器(qi)的(de)選(xuan)型(xing)關(guan)係(xi)著(zhe)整(zheng)個(ge)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)的(de)操(cao)作(zuo)和(he)性(xing)能(neng)。係(xi)統(tong)無(wu)論(lun)是(shi)采(cai)用(yong)市(shi)電(dian)供(gong)電(dian)還(hai)是(shi)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian),其(qi)應(ying)用(yong)需(xu)求(qiu)都(dou)決(jue)定(ding)著(zhe)存(cun)儲(chu)器(qi)的(de)類(lei)型(xing)以(yi)及(ji)使(shi)用(yong)目(mu)的(de)。本(ben)文(wen)就(jiu)帶(dai)大(da)家(jia)一(yi)起(qi)探(tan)討(tao)存(cun)儲(chu)器(qi)的(de)選(xuan)型(xing)秘(mi)籍(ji)。
在選擇過程中,存儲器的尺寸和成本也是需要考慮的重要因素。對於較小的係統,微控製器zidaidecunchuqijiuyoukenengmanzuxitongyaoqiu,erjiaodadexitongkenengyaoqiuzengjiawaibucunchuqi。weiqianrushixitongxuanzecunchuqileixingshi,xuyaokaolvyixieshejicanshu,baokuoweikongzhiqidexuanze、電壓範圍、電池壽命、讀寫速度、存儲器尺寸、存儲器的特性、擦除/寫入的耐久性以及係統總成本。
選擇存儲器時應遵循的基本原則
1.內部存儲器與外部存儲器
一yi般ban情qing況kuang下xia,當dang確que定ding了le存cun儲chu程cheng序xu代dai碼ma和he數shu據ju所suo需xu要yao的de存cun儲chu空kong間jian之zhi後hou,設she計ji工gong程cheng師shi將jiang決jue定ding是shi采cai用yong內nei部bu存cun儲chu器qi還hai是shi外wai部bu存cun儲chu器qi。通tong常chang情qing況kuang下xia,內nei部bu存cun儲chu器qi的de性xing價jia比bi最zui高gao但dan靈ling活huo性xing最zui低di,因yin此ci設she計ji工gong程cheng師shi必bi須xu確que定ding對dui存cun儲chu的de需xu求qiu將jiang來lai是shi否fou會hui增zeng長chang,以yi及ji是shi否fou有you某mou種zhong途tu徑jing可ke以yi升sheng級ji到dao代dai碼ma空kong間jian更geng大da的de微wei控kong製zhi器qi。基ji於yu成cheng本ben考kao慮lv ,renmentongchangxuanzenengmanzuyingyongyaoqiudecunchuqirongliangzuixiaodeweikongzhiqi,yincizaiyucedaimaguimodeshihouyaobixutebiexiaoxin,yinweidaimaguimozengdakenengyaoqiugenghuanweikongzhiqi。
目mu前qian市shi場chang上shang存cun在zai各ge種zhong規gui模mo的de外wai部bu存cun儲chu器qi器qi件jian,我wo們men很hen容rong易yi通tong過guo增zeng加jia存cun儲chu器qi來lai適shi應ying代dai碼ma規gui模mo的de增zeng加jia。有you時shi這zhe意yi味wei著zhe以yi封feng裝zhuang尺chi寸cun相xiang同tong但dan容rong量liang更geng大da的de存cun儲chu器qi替ti代dai現xian有you的de存cun儲chu器qi,或huo者zhe在zai總zong線xian上shang增zeng加jia存cun儲chu器qi。即ji使shi微wei控kong製zhi器qi帶dai有you內nei部bu存cun儲chu器qi,也ye可ke以yi通tong過guo增zeng加jia外wai部bu串chuan行xingEEPROM或閃存來滿足係統對非易失性存儲器的需求。
2.引導存儲器
zaijiaodadeweikongzhiqixitonghuojiyuchuliqidexitongzhong,shejigongchengshikeyiliyongyindaodaimajinxingchushihua。yingyongbenshentongchangjuedingleshifouxuyaoyindaodaima,yijishifouxuyaozhuanmendeyindaocunchuqi。liru,ruguomeiyouwaibudexunzhizongxianhuochuanxingyindaojiekou,tongchangshiyongneibucunchuqi,erbuxuyaozhuanmendeyindaoqijian。danzaiyixiemeiyouneibuchengxucunchuqidexitongzhong,chushihuashicaozuodaimadeyibufen,yincisuoyoudaimadoujiangzhuliuzaitongyigewaibuchengxucunchuqizhong。mouxieweikongzhiqijiyouneibucunchuqiyeyouwaibuxunzhizongxian,zaizhezhongqingkuangxia,yindaodaimajiangzhuliuzaineibucunchuqizhong,ercaozuodaimazaiwaibucunchuqizhong。zhehenkenengshizuianquandefangfa,yinweigaibiancaozuodaimashibuhuichuxianyiwaidixiugaiyindaodaima。zaisuoyouqingkuangxia,yindaocunchuqidoubixushifeiyishixingcunchuqi。
3.配置存儲器
對於現場可編程門陣列(FPGA)或片上係統(SoC),人們使用存儲器來存儲配置信息。這種存儲器必須是非易失性EPROM、EEPROM或閃存。大多數情況下,FPGA采用SPI接口,但一些較老的器件仍采用FPGA串行接口。串行EEPROM或閃存器件最為常用,EPROM用得較少。
4.程序存儲器
suoyoudaichuliqidexitongdoucaiyongchengxucunchuqi,danshejigongchengshibixujuedingzhegecunchuqishiweiyuchuliqineibuhaishiwaibu。zaizuochulezhegejuecezhihou,shejigongchengshicainengjinyibuquedingcunchuqiderongliangheleixing。dangranyoudeshihou,weikongzhiqijiyouneibuchengxucunchuqiyeyouwaibuxunzhizongxian,cishishejigongchengshikeyixuanzeshiyongtamendangzhongderenheyige,huozheliangzhedoushiyong。zhejiushiweishenmeweimougeyingyongxuanzezuijiacunchuqidewenti,changchangyouyuweikongzhiqidexuanzebiandefuzaqilai,yijiweishenmegaibiancunchuqideguimoyejiangdaozhigaibianweikongzhiqidexuanzedeyuanyin。
如ru果guo微wei控kong製zhi器qi既ji利li用yong內nei部bu存cun儲chu器qi也ye利li用yong外wai部bu存cun儲chu器qi,則ze內nei部bu存cun儲chu器qi通tong常chang被bei用yong來lai存cun儲chu不bu常chang改gai變bian的de代dai碼ma,而er外wai部bu存cun儲chu器qi用yong於yu存cun儲chu更geng新xin比bi較jiao頻pin繁fan的de代dai碼ma和he數shu據ju。設she計ji工gong程cheng師shi也ye需xu要yao考kao慮lv存cun儲chu器qi是shi否fou將jiang被bei在zai線xian重zhong新xin編bian程cheng或huo用yong新xin的de可ke編bian程cheng器qi件jian替ti代dai。對dui於yu需xu要yao重zhong編bian程cheng功gong能neng的de應ying用yong,人ren們men通tong常chang選xuan用yong帶dai有you內nei部bu閃shan存cun的de微wei控kong製zhi器qi,但dan帶dai有you內nei部buOTP或ROM和外部閃存或EEPROM的微控製器也滿足這個要求。為降低成本,外部閃存可用來存儲代碼和數據,但在存儲數據時必須小心避免意外修改代碼。
在大多數嵌入式係統中,人們利用閃存存儲程序以便在線升級固件。代碼穩定的較老的應用係統仍可以使用ROM和OTP存儲器,但由於閃存的通用性,越來越多的應用係統正轉向閃存。表1給出了程序存儲器類型的參數比較。
5.數據存儲器
與程序存儲器類似,數據存儲器可以位於微控製器內部,或者是外部器件,但這兩種情況存在一些差別。有時微控製器內部包含SRAM(易失性)和EEPROM(非易失)兩種數據存儲器,但有時不包含內部EEPROM,在這種情況下,當需要存儲大量數據時,設計工程師可以選擇外部的串行EEPROM或串行閃存器件。當然,也可以使用並行EEPROM或閃存,但通常它們隻被用作程序存儲器。
當需要外部高速數據存儲器時,通常選擇並行SRAM並使用外部串行EEPROMqijianlaimanzuduifeiyishixingcunchuqideyaoqiu。yixieshejihaijiangshancunqijianyongzuochengxucunchuqi,danbaoliuyigeshanquzuoweishujucunchuqu。zhezhongfangfakeyijiangdichengben、空間並提供非易失性數據存儲器。
針對非易失性存儲器要求,串行EEPROM器件支持I2C、SPI或微線(Microwire)通訊總線,而串行閃存通常使用SPI總線。由於寫入速度很快且帶有I2C和SPI串行接口,FRAM在一些係統中得到應用。
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6.易失性和非易失性存儲器
存cun儲chu器qi可ke分fen成cheng易yi失shi性xing存cun儲chu器qi或huo者zhe非fei易yi失shi性xing存cun儲chu器qi,前qian者zhe在zai斷duan電dian後hou將jiang丟diu失shi數shu據ju,而er後hou者zhe在zai斷duan電dian後hou仍reng可ke保bao持chi數shu據ju。設she計ji工gong程cheng師shi有you時shi將jiang易yi失shi性xing存cun儲chu器qi與yu後hou備bei電dian池chi一yi起qi使shi用yong,使shi其qi表biao現xian猶you如ru非fei易yi失shi性xing器qi件jian,但dan這zhe可ke能neng比bi簡jian單dan地di使shi用yong非fei易yi失shi性xing存cun儲chu器qi更geng加jia昂ang貴gui。然ran而er,對dui要yao求qiu存cun儲chu器qi容rong量liang非fei常chang大da的de係xi統tong而er言yan,帶dai有you後hou備bei電dian池chi的deDRAM可能是滿足設計要求且性價比很高的一種方法。
在zai有you連lian續xu能neng量liang供gong給gei的de係xi統tong中zhong,易yi失shi性xing或huo非fei易yi失shi性xing存cun儲chu器qi都dou可ke以yi使shi用yong,但dan必bi須xu基ji於yu斷duan電dian的de可ke能neng性xing做zuo出chu最zui終zhong決jue策ce。如ru果guo存cun儲chu器qi中zhong的de信xin息xi可ke以yi在zai電dian力li恢hui複fu時shi從cong另ling一yi個ge信xin源yuan中zhong恢hui複fu出chu來lai,則ze可ke以yi使shi用yong易yi失shi性xing存cun儲chu器qi。
選擇易失性存儲器與電池一起使用的另一個原因是速度。盡管非易失存儲器件可以在斷電時保持數據,但寫入數據(一個字節、頁或扇區 )的時間較長。
7.串行存儲器和並行存儲器
在zai定ding義yi了le應ying用yong係xi統tong之zhi後hou,微wei控kong製zhi器qi的de選xuan擇ze是shi決jue定ding選xuan擇ze串chuan行xing或huo並bing行xing存cun儲chu器qi的de一yi個ge因yin素su。對dui於yu較jiao大da的de應ying用yong係xi統tong,微wei控kong製zhi器qi通tong常chang沒mei有you足zu夠gou大da的de內nei部bu存cun儲chu器qi,這zhe時shi必bi須xu使shi用yong外wai部bu存cun儲chu器qi,因yin為wei外wai部bu尋xun址zhi總zong線xian通tong常chang是shi並bing行xing的de,外wai部bu的de程cheng序xu存cun儲chu器qi和he數shu據ju存cun儲chu器qi也ye將jiang是shi並bing行xing的de。
jiaoxiaodeyingyongxitongtongchangshiyongdaiyouneibucunchuqidanmeiyouwaibudizhizongxiandeweikongzhiqi。ruguoxuyaoewaideshujucunchuqi,waibuchuanxingcunchuqijianshizuijiaxuanze。daduoshuqingkuangxia,zhegeewaidewaibushujucunchuqishifeiyishixingde。
根gen據ju不bu同tong的de設she計ji,引yin導dao存cun儲chu器qi可ke以yi是shi串chuan行xing也ye可ke以yi是shi並bing行xing的de。如ru果guo微wei控kong製zhi器qi沒mei有you內nei部bu存cun儲chu器qi,並bing行xing的de非fei易yi失shi性xing存cun儲chu器qi件jian對dui大da多duo數shu應ying用yong係xi統tong而er言yan是shi正zheng確que的de選xuan擇ze。但dan對dui一yi些xie高gao速su應ying用yong,可ke以yi使shi用yong外wai部bu的de非fei易yi失shi性xing串chuan行xing存cun儲chu器qi件jian來lai引yin導dao微wei控kong製zhi器qi,並bing允yun許xu主zhu代dai碼ma存cun儲chu在zai內nei部bu或huo外wai部bu高gao速suSRAM中。
8.EEPROM與閃存
存儲器技術的成熟使得RAM和ROM之間的界限變得很模糊,如今有一些類型的存儲器(如EEPROM和閃存)組合了兩者的特性。這些器件像RAM一樣進行讀寫,並像ROM一樣在斷電時保持數據,它們都可電擦除且可編程,但各自有它們優缺點。
從軟件角度看,獨立的EEPROM和閃存器件是類似的,兩者主要差別是EEPROM器件可以逐字節地修改,而閃存器件隻支持扇區擦除以及對被擦除單元的字、頁或扇區進行編程。對閃存的重新編程還需要使用SRAM,因此它要求更長的時間內有更多的器件在工作,從而需要消耗更多的電池能量。設計工程師也必須確認在修改數據時有足夠容量的SRAM可用。
存儲器密度是決定選擇串行EEPROM或者閃存的另一個因素。市場上目前可用的獨立串行EEPROM器件的容量在128KB或以下,獨立閃存器件的容量在32KB或以上。
如果把多個器件級聯在一起,可以用串行EEPROM實現高於128KB的容量。很高的擦除/寫入耐久性要求促使設計工程師選擇EEPROM,因為典型的串行EEPROM可擦除/寫入100萬次。閃存一般可擦除/寫入1萬次,隻有少數幾種器件能達到10萬次。
今天,大多數閃存器件的電壓範圍為2.7V到3.6V。如果不要求字節尋址能力或很高的擦除/寫入耐久性,在這個電壓範圍內的應用係統采用閃存,可以使成本相對較低。
9.EEPROM與FRAM
EEPROM和FRAM的設計參數類似,但FRAM的可讀寫次數非常高且寫入速度較快。然而通常情況下,用戶仍會選擇EEPROM而不是FRAM,其主要原因是成本(FRAM較為昂貴)、質量水平和供貨情況。設計工程師常常使用成本較低的串行EEPROM,除非耐久性或速度是強製性的係統要求。
DRAM和SRAM都是易失性存儲器,盡管這兩種類型的存儲器都可以用作程序存儲器和數據存儲器,但SRAM主要用於數據存儲器。DRAM與SRAM之間的主要差別是數據存儲的壽命。隻要不斷電,SRAM就能保持其數據,但DRAM隻有極短的數據壽命,通常為4毫秒左右。
與SRAM相比,DRAM似乎是毫無用處的,但位於微控製器內部的DRAM控製器使DRAM的性能表現與SRAM一樣。DRAM控製器在數據消失之前周期性地刷新所存儲的數據,所以存儲器的內容可以根據需要保持長時間。
由於比特成本低,DRAM通常用作程序存儲器,所以有龐大存儲要求的應用可以從DRAM獲益。它的最大缺點是速度慢,但計算機係統使用高速SRAM作為高速緩衝存儲器來彌補DRAM的速度缺陷。
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