第6章嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)

1、本章主要介紹的內(nèi)容：本章主要介紹的內(nèi)容： 嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備分類(lèi)與層次結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備分類(lèi)與層次結(jié)構(gòu)、NOR FlashNOR Flash接口、接口、NAND FlashNAND Flash接口、接口、SDRAMSDRAM接口、接口、CFCF卡接口、卡接口、SDSD卡接口、卡接口、IDEIDE接口的基本原理、接口的基本原理、電路結(jié)構(gòu)與讀電路結(jié)構(gòu)與讀/ /寫(xiě)操作方法等。寫(xiě)操作方法等。重點(diǎn)內(nèi)容：重點(diǎn)內(nèi)容： NOR FlashNOR Flash接口、接口、NAND FlashNAND Flash接口、接口、SDRAMSDRAM接口。接口。目的和要求：目的和要求： 了解嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備分類(lèi)與

2、層次結(jié)構(gòu)、了解嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備分類(lèi)與層次結(jié)構(gòu)、 CFCF卡接口、卡接口、SDSD卡接口、卡接口、IDEIDE接口的基本原理、接口的基本原理、電路結(jié)構(gòu)與讀電路結(jié)構(gòu)與讀/ /寫(xiě)操作方法等。掌握寫(xiě)操作方法等。掌握NOR FlashNOR Flash接口、接口、NAND FlashNAND Flash接口、接口、SDRAMSDRAM接口等。接口等。第第6 6章章 嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)6.1 6.1 存儲(chǔ)器系統(tǒng)概述存儲(chǔ)器系統(tǒng)概述6.1.1 6.1.1 存儲(chǔ)器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器被組織成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器被組織成一個(gè)6 6個(gè)層次的金字塔形個(gè)層

3、次的金字塔形的層次結(jié)構(gòu)：的層次結(jié)構(gòu)：（1 1）S0S0層為層為CPUCPU內(nèi)部寄存器內(nèi)部寄存器（2 2）S1S1層為芯片內(nèi)部的高速緩存（層為芯片內(nèi)部的高速緩存（cachecache）（3 3）S2S2層為芯片外的高速緩存（層為芯片外的高速緩存（SRAMSRAM、DRAMDRAM、DDRAMDDRAM）（4 4）S3S3層為主存儲(chǔ)器（層為主存儲(chǔ)器（FlashFlash、PROMPROM、EPROMEPROM、EEPROMEEPROM）（5 5）S4S4層為外部存儲(chǔ)器（磁盤(pán)、光盤(pán)、層為外部存儲(chǔ)器（磁盤(pán)、光盤(pán)、CFCF、SDSD卡）卡）（6 6）S5S5層為遠(yuǎn)程二級(jí)存儲(chǔ)（分布式文件系統(tǒng)、層為遠(yuǎn)程二級(jí)

4、存儲(chǔ)（分布式文件系統(tǒng)、WebWeb服務(wù)器）服務(wù)器）6.1.1 6.1.1 存儲(chǔ)器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu) 更小，更小，更快，更快，更貴的更貴的存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)設(shè)備更大，更大，更慢，更慢，更便宜的更便宜的存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)設(shè)備芯片內(nèi)的芯片內(nèi)的高速緩存高速緩存（cachecache）芯片外的高速緩存芯片外的高速緩存（SRAMSRAM，DRAMDRAM，DDRAMDDRAM）主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器（FlashFlash，PROMPROM，EPROMEPROM，E2PROME2PROM）外部存儲(chǔ)器外部存儲(chǔ)器（磁盤(pán)，光盤(pán)，（磁盤(pán)，光盤(pán)，CFCF卡，卡，SDSD卡）卡）遠(yuǎn)程二

5、級(jí)存儲(chǔ)遠(yuǎn)程二級(jí)存儲(chǔ)（分布式文件系統(tǒng)，（分布式文件系統(tǒng)，WebWeb服務(wù)器）服務(wù)器）S0S0：S1S1：S2S2：S3S3：S4S4：S5S5：寄存器寄存器CPUCPU寄存器保存來(lái)自寄存器保存來(lái)自cachecache的字的字芯片內(nèi)的芯片內(nèi)的cachecache保存取自保存取自芯片外芯片外cachecache的的cachecache行行芯片外的芯片外的cachecache保存取自保存取自主存儲(chǔ)器上的主存儲(chǔ)器上的cachecache行行主存儲(chǔ)器保存取自主存儲(chǔ)器保存取自外部存儲(chǔ)器上的文件外部存儲(chǔ)器上的文件外部存儲(chǔ)器保存取自外部存儲(chǔ)器保存取自遠(yuǎn)程二級(jí)存儲(chǔ)上的文件遠(yuǎn)程二級(jí)存儲(chǔ)上的文件 在這種存儲(chǔ)器分層結(jié)構(gòu)

6、中，上面一層的存儲(chǔ)器作為在這種存儲(chǔ)器分層結(jié)構(gòu)中，上面一層的存儲(chǔ)器作為下一層存儲(chǔ)器的高速緩存。下一層存儲(chǔ)器的高速緩存。CPUCPU寄存器就是寄存器就是cachecache的高速的高速緩存，寄存器保存來(lái)自緩存，寄存器保存來(lái)自cachecache的字；的字；cachecache又是內(nèi)存層的又是內(nèi)存層的高速緩存，從內(nèi)存中提取數(shù)據(jù)送給高速緩存，從內(nèi)存中提取數(shù)據(jù)送給CPUCPU進(jìn)行處理，并將進(jìn)行處理，并將CPUCPU的處理結(jié)果返回到內(nèi)存中；內(nèi)存又是主存儲(chǔ)器的高速的處理結(jié)果返回到內(nèi)存中；內(nèi)存又是主存儲(chǔ)器的高速緩存，它將經(jīng)常用到的數(shù)據(jù)從緩存，它將經(jīng)常用到的數(shù)據(jù)從FlashFlash等主存儲(chǔ)器中提取出等主存儲(chǔ)器

7、中提取出來(lái)，放到內(nèi)存中，從而加快了來(lái)，放到內(nèi)存中，從而加快了CPUCPU的運(yùn)行效率。嵌入式系的運(yùn)行效率。嵌入式系統(tǒng)的主存儲(chǔ)器容量是有限的，磁盤(pán)、光盤(pán)或統(tǒng)的主存儲(chǔ)器容量是有限的，磁盤(pán)、光盤(pán)或CFCF、SDSD卡等卡等外部存儲(chǔ)器用來(lái)保存大信息量的數(shù)據(jù)。在某些帶有分布外部存儲(chǔ)器用來(lái)保存大信息量的數(shù)據(jù)。在某些帶有分布式文件系統(tǒng)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，外部存儲(chǔ)器就作為其式文件系統(tǒng)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，外部存儲(chǔ)器就作為其他系統(tǒng)中被存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的高速緩存。他系統(tǒng)中被存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的高速緩存。6.1.1 6.1.1 存儲(chǔ)器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 在主存儲(chǔ)器和在主存儲(chǔ)器和CPUCPU之間采用高速緩沖存儲(chǔ)器（之間采用

8、高速緩沖存儲(chǔ)器（cachecache）被廣泛用）被廣泛用來(lái)提高提高存儲(chǔ)器系統(tǒng)的性能，許多微處理器體系結(jié)構(gòu)都把它作為來(lái)提高提高存儲(chǔ)器系統(tǒng)的性能，許多微處理器體系結(jié)構(gòu)都把它作為其定義的一部分。其定義的一部分。cachecache能夠減少內(nèi)存平均訪問(wèn)時(shí)間。能夠減少內(nèi)存平均訪問(wèn)時(shí)間。 CacheCache可以分為統(tǒng)一可以分為統(tǒng)一cachecache和獨(dú)立的數(shù)據(jù)程序和獨(dú)立的數(shù)據(jù)程序cachecache。在一個(gè)存。在一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，指令預(yù)取時(shí)和數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)使用同一個(gè)儲(chǔ)系統(tǒng)中，指令預(yù)取時(shí)和數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)使用同一個(gè)cachecache，這時(shí)稱系統(tǒng)，這時(shí)稱系統(tǒng)使用統(tǒng)一的使用統(tǒng)一的cachecache。如果在一個(gè)存儲(chǔ)系

9、統(tǒng)中，指令預(yù)取時(shí)使用的一個(gè)。如果在一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，指令預(yù)取時(shí)使用的一個(gè)cachecache，數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)使用的另一個(gè)，數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)使用的另一個(gè)cachecache，各自是獨(dú)立的，這時(shí)稱系，各自是獨(dú)立的，這時(shí)稱系統(tǒng)使用了獨(dú)立的統(tǒng)使用了獨(dú)立的cachecache，用于指令預(yù)取的，用于指令預(yù)取的cachecache稱為指令稱為指令cachecache，用于，用于數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的cachecache稱為數(shù)據(jù)稱為數(shù)據(jù)cachecache。 當(dāng)當(dāng)CPUCPU更新了更新了cachecache的內(nèi)容時(shí)，要將結(jié)果寫(xiě)回到主存中，可以采的內(nèi)容時(shí)，要將結(jié)果寫(xiě)回到主存中，可以采用寫(xiě)通法（用寫(xiě)通法（write-throu

10、ghwrite-through）和寫(xiě)回法（）和寫(xiě)回法（write-backwrite-back）。寫(xiě)通法是指）。寫(xiě)通法是指CPUCPU在執(zhí)行寫(xiě)操作時(shí)，必須把數(shù)據(jù)同時(shí)寫(xiě)入在執(zhí)行寫(xiě)操作時(shí)，必須把數(shù)據(jù)同時(shí)寫(xiě)入cachecache和主存。采用寫(xiě)通和主存。采用寫(xiě)通法進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的法進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的cachecache稱為寫(xiě)通稱為寫(xiě)通cachecache。寫(xiě)回法是指。寫(xiě)回法是指CPUCPU在執(zhí)行寫(xiě)操在執(zhí)行寫(xiě)操作時(shí)，被寫(xiě)的數(shù)據(jù)只寫(xiě)入作時(shí)，被寫(xiě)的數(shù)據(jù)只寫(xiě)入cachecache不寫(xiě)入主存。僅當(dāng)需要替換時(shí)，才把不寫(xiě)入主存。僅當(dāng)需要替換時(shí)，才把已經(jīng)修改的已經(jīng)修改的cachecache塊寫(xiě)回到主存中。采用寫(xiě)回法進(jìn)行數(shù)據(jù)

11、更新的塊寫(xiě)回到主存中。采用寫(xiě)回法進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的cachecache稱為寫(xiě)回稱為寫(xiě)回cachecache。6.1.2 6.1.2 高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器 當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)操作時(shí)，可以將當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)操作時(shí)，可以將cachecache分為讀操作分配分為讀操作分配cachecache和寫(xiě)操作分配和寫(xiě)操作分配cachecache兩類(lèi)。對(duì)于讀操作分配兩類(lèi)。對(duì)于讀操作分配cachecache，當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)操作時(shí)，如果當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)操作時(shí)，如果cachecache未命中，只是簡(jiǎn)單地將未命中，只是簡(jiǎn)單地將數(shù)據(jù)寫(xiě)入主存中。主要在數(shù)據(jù)讀取時(shí)，才進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入主存中。主要在數(shù)據(jù)讀取時(shí)，才進(jìn)行cachecache內(nèi)容內(nèi)容

12、預(yù)取。對(duì)于寫(xiě)操作分配預(yù)取。對(duì)于寫(xiě)操作分配cachecache，當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)操作時(shí)，如，當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)操作時(shí)，如果果cachecache未命中，未命中，cachecache系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)行系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)行cachecache內(nèi)容預(yù)取，從內(nèi)容預(yù)取，從主存中將相應(yīng)的塊讀取到主存中將相應(yīng)的塊讀取到cachecache中相應(yīng)的位置，并執(zhí)行寫(xiě)中相應(yīng)的位置，并執(zhí)行寫(xiě)操作，把數(shù)據(jù)寫(xiě)入到操作，把數(shù)據(jù)寫(xiě)入到cachecache中。對(duì)于寫(xiě)通類(lèi)型的中。對(duì)于寫(xiě)通類(lèi)型的cachecache，數(shù)據(jù)將會(huì)同時(shí)被寫(xiě)入到主存中，對(duì)于寫(xiě)回類(lèi)型的數(shù)據(jù)將會(huì)同時(shí)被寫(xiě)入到主存中，對(duì)于寫(xiě)回類(lèi)型的cachecache數(shù)數(shù)據(jù)將在合適的時(shí)候?qū)懟氐街鞔嬷小?jù)將

13、在合適的時(shí)候?qū)懟氐街鞔嬷小?.1.2 6.1.2 高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器 MMU MMU（Memory Manage Unit, Memory Manage Unit, 存儲(chǔ)管理單元）在存儲(chǔ)管理單元）在CPUCPU和物理內(nèi)存之間進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，將地址從邏輯空間映射和物理內(nèi)存之間進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，將地址從邏輯空間映射到物理空間，這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程一般稱為內(nèi)存映射。到物理空間，這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程一般稱為內(nèi)存映射。 MMUMMU主要完成以下工作：主要完成以下工作： （1 1）虛擬存儲(chǔ)空間到物理存儲(chǔ)空間的映射。采用了）虛擬存儲(chǔ)空間到物理存儲(chǔ)空間的映射。采用了頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)管理，它把虛擬地址空間分成一個(gè)個(gè)固定頁(yè)式虛擬

14、存儲(chǔ)管理，它把虛擬地址空間分成一個(gè)個(gè)固定大小的塊，每一塊稱為一頁(yè)，把物理內(nèi)存的地址空間也大小的塊，每一塊稱為一頁(yè)，把物理內(nèi)存的地址空間也分成同樣大小的頁(yè)。分成同樣大小的頁(yè)。MMUMMU實(shí)現(xiàn)的就是從虛擬地址到物理地實(shí)現(xiàn)的就是從虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。址的轉(zhuǎn)換。 （2 2）存儲(chǔ)器訪問(wèn)權(quán)限的控制。）存儲(chǔ)器訪問(wèn)權(quán)限的控制。 （3 3）設(shè)置虛擬存儲(chǔ)空間的緩沖的特性。）設(shè)置虛擬存儲(chǔ)空間的緩沖的特性。6.1.3 6.1.3 存儲(chǔ)管理單元存儲(chǔ)管理單元 嵌入式系統(tǒng)中常常采用頁(yè)式存儲(chǔ)管理。頁(yè)表是存儲(chǔ)在內(nèi)存中的嵌入式系統(tǒng)中常常采用頁(yè)式存儲(chǔ)管理。頁(yè)表是存儲(chǔ)在內(nèi)存中的一個(gè)表，頁(yè)表用來(lái)管理這些頁(yè)。頁(yè)表的每一行對(duì)應(yīng)于虛擬

15、存儲(chǔ)空間一個(gè)表，頁(yè)表用來(lái)管理這些頁(yè)。頁(yè)表的每一行對(duì)應(yīng)于虛擬存儲(chǔ)空間的一個(gè)頁(yè)，該行包含了該虛擬內(nèi)存頁(yè)對(duì)應(yīng)的物理內(nèi)存頁(yè)的地址、該的一個(gè)頁(yè)，該行包含了該虛擬內(nèi)存頁(yè)對(duì)應(yīng)的物理內(nèi)存頁(yè)的地址、該頁(yè)的方位權(quán)限和該頁(yè)的緩沖特性等。從虛擬地址到物理地址的變換頁(yè)的方位權(quán)限和該頁(yè)的緩沖特性等。從虛擬地址到物理地址的變換過(guò)程就是查詢頁(yè)表的過(guò)程。例如在過(guò)程就是查詢頁(yè)表的過(guò)程。例如在ARMARM嵌入式系統(tǒng)中，使用系統(tǒng)控制嵌入式系統(tǒng)中，使用系統(tǒng)控制協(xié)處理器協(xié)處理器CP15CP15的寄存器的寄存器C2C2來(lái)保存頁(yè)表的基地址。來(lái)保存頁(yè)表的基地址。 基于程序在執(zhí)行過(guò)程中具有局部性的原理，在一段時(shí)間內(nèi)，對(duì)基于程序在執(zhí)行過(guò)程中具有局

16、部性的原理，在一段時(shí)間內(nèi)，對(duì)頁(yè)表的訪問(wèn)只是局限在少數(shù)幾個(gè)單元。根據(jù)這一特點(diǎn)，增加了一個(gè)頁(yè)表的訪問(wèn)只是局限在少數(shù)幾個(gè)單元。根據(jù)這一特點(diǎn)，增加了一個(gè)小容量（通常為小容量（通常為8 81616字）、高速度（訪問(wèn)速度和字）、高速度（訪問(wèn)速度和CPUCPU中通用寄存器中通用寄存器相當(dāng)）的存儲(chǔ)部件來(lái)存放當(dāng)前訪問(wèn)需要的地址變換條目，這個(gè)存儲(chǔ)相當(dāng)）的存儲(chǔ)部件來(lái)存放當(dāng)前訪問(wèn)需要的地址變換條目，這個(gè)存儲(chǔ)部件稱為地址轉(zhuǎn)換后備緩沖器（部件稱為地址轉(zhuǎn)換后備緩沖器（Translation Look aside BufferTranslation Look aside Buffer，TLBTLB）。當(dāng)）。當(dāng)CPUCPU訪問(wèn)

17、內(nèi)存時(shí)，首先在訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)，首先在TLBTLB中查找需要的地址變換條目，中查找需要的地址變換條目，如果該條目不存在，如果該條目不存在，CPUCPU在從位于內(nèi)存中的頁(yè)表中查詢，并把相應(yīng)的在從位于內(nèi)存中的頁(yè)表中查詢，并把相應(yīng)的結(jié)果添加到結(jié)果添加到TLBTLB中，更新它的內(nèi)容。中，更新它的內(nèi)容。6.1.3 6.1.3 存儲(chǔ)管理單元存儲(chǔ)管理單元 當(dāng)當(dāng)ARMARM處理器請(qǐng)求存儲(chǔ)訪問(wèn)時(shí)，首先在處理器請(qǐng)求存儲(chǔ)訪問(wèn)時(shí)，首先在TLBTLB中查找虛中查找虛擬地址。如果系統(tǒng)中數(shù)據(jù)擬地址。如果系統(tǒng)中數(shù)據(jù)TLBTLB和指令和指令TLBTLB是分開(kāi)的，在取是分開(kāi)的，在取指令時(shí)，從指令指令時(shí)，從指令TLBTLB查找相應(yīng)的虛擬

18、地址，對(duì)于內(nèi)存訪問(wèn)查找相應(yīng)的虛擬地址，對(duì)于內(nèi)存訪問(wèn)操作，從數(shù)據(jù)操作，從數(shù)據(jù)TLBTLB中查找相應(yīng)的虛擬地址。中查找相應(yīng)的虛擬地址。 嵌入式系統(tǒng)中虛擬存儲(chǔ)空間到物理存儲(chǔ)空間的映射嵌入式系統(tǒng)中虛擬存儲(chǔ)空間到物理存儲(chǔ)空間的映射以內(nèi)存塊為單位來(lái)進(jìn)行。即虛擬存儲(chǔ)空間中一塊連續(xù)的以內(nèi)存塊為單位來(lái)進(jìn)行。即虛擬存儲(chǔ)空間中一塊連續(xù)的存儲(chǔ)空間被映射到物理存儲(chǔ)空間中同樣大小的一塊連續(xù)存儲(chǔ)空間被映射到物理存儲(chǔ)空間中同樣大小的一塊連續(xù)存儲(chǔ)空間。在頁(yè)表和存儲(chǔ)空間。在頁(yè)表和TLBTLB中，每一個(gè)地址變換條目實(shí)際上中，每一個(gè)地址變換條目實(shí)際上記錄了一個(gè)虛擬存儲(chǔ)空間的內(nèi)存塊的基地址與物理存儲(chǔ)記錄了一個(gè)虛擬存儲(chǔ)空間的內(nèi)存塊的基地

19、址與物理存儲(chǔ)空間相應(yīng)的一個(gè)內(nèi)存塊的基地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)內(nèi)存空間相應(yīng)的一個(gè)內(nèi)存塊的基地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)內(nèi)存塊大小，可以有多種地址變換。塊大小，可以有多種地址變換。6.1.3 6.1.3 存儲(chǔ)管理單元存儲(chǔ)管理單元 嵌入式系統(tǒng)支持的內(nèi)存塊大小有以下幾種：段（嵌入式系統(tǒng)支持的內(nèi)存塊大小有以下幾種：段（sectionsection）大?。┐笮闉?MB1MB的內(nèi)存塊；大頁(yè)（的內(nèi)存塊；大頁(yè)（Large PagesLarge Pages）大小為）大小為64KB64KB的內(nèi)存塊；小頁(yè)的內(nèi)存塊；小頁(yè)（Small PagesSmall Pages）大小為）大小為4KB4KB的內(nèi)存塊；極小頁(yè)（的內(nèi)存塊；極小頁(yè)（

20、Tiny PagesTiny Pages）大?。┐笮闉?KB1KB的內(nèi)存塊。極小頁(yè)只能以的內(nèi)存塊。極小頁(yè)只能以1KB1KB大小為單位不能再細(xì)分，而大頁(yè)大小為單位不能再細(xì)分，而大頁(yè)和小頁(yè)有些情況下可以在進(jìn)一步的劃分，大頁(yè)可以分成大小為和小頁(yè)有些情況下可以在進(jìn)一步的劃分，大頁(yè)可以分成大小為16KB16KB的子頁(yè)，小頁(yè)可以分成大小為的子頁(yè)，小頁(yè)可以分成大小為1KB1KB的子頁(yè)。的子頁(yè)。 MMUMMU中的域指的是一些段、大頁(yè)或者小頁(yè)的集合。每個(gè)域的訪問(wèn)中的域指的是一些段、大頁(yè)或者小頁(yè)的集合。每個(gè)域的訪問(wèn)控制特性都是由芯片內(nèi)部的寄存器中的相應(yīng)控制位來(lái)控制的。例如控制特性都是由芯片內(nèi)部的寄存器中的相應(yīng)控

21、制位來(lái)控制的。例如在在ARMARM嵌入式系統(tǒng)中，每個(gè)域的訪問(wèn)控制特性都是由嵌入式系統(tǒng)中，每個(gè)域的訪問(wèn)控制特性都是由CP15CP15中的寄存器中的寄存器C3C3中的兩位來(lái)控制的。中的兩位來(lái)控制的。 MMUMMU中的快速上下文切換技術(shù)（中的快速上下文切換技術(shù)（Fast Context Switch Fast Context Switch ExtensionExtension，F(xiàn)CSEFCSE）通過(guò)修改系統(tǒng)中不同進(jìn)程的虛擬地址，避免在進(jìn)）通過(guò)修改系統(tǒng)中不同進(jìn)程的虛擬地址，避免在進(jìn)行進(jìn)程間切換時(shí)造成的虛擬地址到物理地址的重映射，從而提高系行進(jìn)程間切換時(shí)造成的虛擬地址到物理地址的重映射，從而提高系統(tǒng)的性

22、能。統(tǒng)的性能。6.1.3 6.1.3 存儲(chǔ)管理單元存儲(chǔ)管理單元 在嵌入式系統(tǒng)中，在嵌入式系統(tǒng)中，I/OI/O操作通常被映射成存儲(chǔ)器操作，操作通常被映射成存儲(chǔ)器操作，即輸入輸出是通過(guò)存儲(chǔ)器映射的可尋址外圍寄存器和即輸入輸出是通過(guò)存儲(chǔ)器映射的可尋址外圍寄存器和中斷輸入的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。中斷輸入的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。I/OI/O的輸出操作可通過(guò)存儲(chǔ)器的輸出操作可通過(guò)存儲(chǔ)器寫(xiě)入操作實(shí)現(xiàn)；寫(xiě)入操作實(shí)現(xiàn)；I/OI/O的輸入操作可通過(guò)存儲(chǔ)器讀取操作實(shí)的輸入操作可通過(guò)存儲(chǔ)器讀取操作實(shí)現(xiàn)。這些存儲(chǔ)器映射的現(xiàn)。這些存儲(chǔ)器映射的I/OI/O空間不滿足空間不滿足cachecache所要求的特所要求的特性，不能使用性，不能使用

23、cachecache技術(shù)，一些嵌入式系統(tǒng)使用存儲(chǔ)器直技術(shù)，一些嵌入式系統(tǒng)使用存儲(chǔ)器直接訪問(wèn)（接訪問(wèn)（DMADMA）實(shí)現(xiàn)快速存儲(chǔ)。）實(shí)現(xiàn)快速存儲(chǔ)。6.1.3 6.1.3 存儲(chǔ)管理單元存儲(chǔ)管理單元6.2 6.2 嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備分類(lèi)嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備分類(lèi)6.2.1 6.2.1 存儲(chǔ)器部件的分類(lèi)存儲(chǔ)器部件的分類(lèi)1.1.按在系統(tǒng)中的地位分類(lèi)按在系統(tǒng)中的地位分類(lèi) 在微機(jī)系統(tǒng)中，存儲(chǔ)器可分為主存儲(chǔ)器（在微機(jī)系統(tǒng)中，存儲(chǔ)器可分為主存儲(chǔ)器（Main MemoryMain Memory簡(jiǎn)稱內(nèi)存簡(jiǎn)稱內(nèi)存或主存）和輔助存儲(chǔ)器（或主存）和輔助存儲(chǔ)器（Auxiliary MemoryAuxiliary Memory，

24、Secondary MemorySecondary Memory，簡(jiǎn)稱輔存或外存）。簡(jiǎn)稱輔存或外存）。 內(nèi)存是計(jì)算機(jī)主機(jī)的一個(gè)組成部分，一般都用快速存儲(chǔ)器件來(lái)內(nèi)存是計(jì)算機(jī)主機(jī)的一個(gè)組成部分，一般都用快速存儲(chǔ)器件來(lái)構(gòu)成，內(nèi)存的存取速度很快，但內(nèi)存空間的大小受到地址總線位數(shù)構(gòu)成，內(nèi)存的存取速度很快，但內(nèi)存空間的大小受到地址總線位數(shù)的限制。內(nèi)存通常用來(lái)容納當(dāng)前正在使用的或要經(jīng)常使用的程序和的限制。內(nèi)存通常用來(lái)容納當(dāng)前正在使用的或要經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)，CPUCPU可以直接對(duì)內(nèi)存進(jìn)行訪問(wèn)。系統(tǒng)軟件中如引導(dǎo)程序、監(jiān)控可以直接對(duì)內(nèi)存進(jìn)行訪問(wèn)。系統(tǒng)軟件中如引導(dǎo)程序、監(jiān)控程序或者操作系統(tǒng)中的基本輸入輸出

25、部分程序或者操作系統(tǒng)中的基本輸入輸出部分BIOSBIOS都是必須常駐內(nèi)存。都是必須常駐內(nèi)存。更多的系統(tǒng)軟件和全部應(yīng)用軟件則在用到時(shí)由外存?zhèn)魉偷絻?nèi)存。更多的系統(tǒng)軟件和全部應(yīng)用軟件則在用到時(shí)由外存?zhèn)魉偷絻?nèi)存。 外存也是用來(lái)存儲(chǔ)各種信息的，存放的是相對(duì)來(lái)說(shuō)不經(jīng)常使用外存也是用來(lái)存儲(chǔ)各種信息的，存放的是相對(duì)來(lái)說(shuō)不經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)，其特點(diǎn)是容量大。外存總是和某個(gè)外部設(shè)備相關(guān)的，的程序和數(shù)據(jù)，其特點(diǎn)是容量大。外存總是和某個(gè)外部設(shè)備相關(guān)的，常見(jiàn)的外存有軟盤(pán)、硬盤(pán)、常見(jiàn)的外存有軟盤(pán)、硬盤(pán)、U U盤(pán)、光盤(pán)等。盤(pán)、光盤(pán)等。CPUCPU要使用外存的這些信要使用外存的這些信息時(shí)，必須通過(guò)專門(mén)的設(shè)備將信息先傳送到內(nèi)

26、存中。息時(shí)，必須通過(guò)專門(mén)的設(shè)備將信息先傳送到內(nèi)存中。2.2.按存儲(chǔ)介質(zhì)分類(lèi)按存儲(chǔ)介質(zhì)分類(lèi) 根 據(jù) 存 儲(chǔ) 介 質(zhì) 的 材 料 及 器 件 的 不 同 ， 可 分 為 磁 存 儲(chǔ) 器根 據(jù) 存 儲(chǔ) 介 質(zhì) 的 材 料 及 器 件 的 不 同 ， 可 分 為 磁 存 儲(chǔ) 器（Magnetic MemoryMagnetic Memory），半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、光存儲(chǔ)器（），半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、光存儲(chǔ)器（Optical MemoryOptical Memory）及激光光盤(pán)存儲(chǔ)器（及激光光盤(pán)存儲(chǔ)器（Laser Optical DiskLaser Optical Disk）。）。3.3.按信息存取方式分類(lèi)按信息存取方

27、式分類(lèi) 存儲(chǔ)器按存儲(chǔ)信息的功能，分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)器按存儲(chǔ)信息的功能，分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Random Random Access MemoryAccess Memory，RAMRAM）和只讀存儲(chǔ)器（）和只讀存儲(chǔ)器（Read Only MemoryRead Only Memory，ROMROM）。）。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器是一種在機(jī)器運(yùn)行期間可讀、可寫(xiě)的存儲(chǔ)器，又稱隨機(jī)存取存儲(chǔ)器是一種在機(jī)器運(yùn)行期間可讀、可寫(xiě)的存儲(chǔ)器，又稱讀寫(xiě)存儲(chǔ)器。隨機(jī)存儲(chǔ)器按信息存儲(chǔ)的方式，可分為靜態(tài)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器。隨機(jī)存儲(chǔ)器按信息存儲(chǔ)的方式，可分為靜態(tài)RAMRAM（Static RAMStatic RAM，SRAMSRAM），

28、動(dòng)態(tài)），動(dòng)態(tài)RAMRAM（Dynamic RAMDynamic RAM，DRAMDRAM）及準(zhǔn)靜態(tài)）及準(zhǔn)靜態(tài)RAMRAM（PseudostaticPseudostatic RAM RAM，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱PSRAMPSRAM）。）。 在機(jī)器運(yùn)行期間只能讀出信息，不能隨時(shí)寫(xiě)入信息的存儲(chǔ)器稱在機(jī)器運(yùn)行期間只能讀出信息，不能隨時(shí)寫(xiě)入信息的存儲(chǔ)器稱為只讀存儲(chǔ)器。只讀存儲(chǔ)器按功能可分為掩模式（為只讀存儲(chǔ)器。只讀存儲(chǔ)器按功能可分為掩模式（ROMROM）、可編程只）、可編程只讀存儲(chǔ)器（讀存儲(chǔ)器（Programmable ROMProgrammable ROM，PROMPROM）和可改寫(xiě)的只讀存儲(chǔ)器）和可改寫(xiě)的只讀

29、存儲(chǔ)器（Erasable Programmable ROMErasable Programmable ROM，EPROMEPROM）。）。6.2.1 6.2.1 存儲(chǔ)器部件的分類(lèi)存儲(chǔ)器部件的分類(lèi) 存儲(chǔ)器的容量是描述存儲(chǔ)器的最基本參數(shù)，如存儲(chǔ)器的容量是描述存儲(chǔ)器的最基本參數(shù)，如1MB1MB。存儲(chǔ)器的表示并不唯一，有不同表示方法，每種有不同存儲(chǔ)器的表示并不唯一，有不同表示方法，每種有不同的數(shù)據(jù)寬度。在存儲(chǔ)器內(nèi)部，數(shù)據(jù)是存放在二維陣列存的數(shù)據(jù)寬度。在存儲(chǔ)器內(nèi)部，數(shù)據(jù)是存放在二維陣列存儲(chǔ)單元中。陣列以二維的形式存儲(chǔ)，給出的儲(chǔ)單元中。陣列以二維的形式存儲(chǔ)，給出的n n位地址被分位地址被分成行地址和列地址

30、（成行地址和列地址（n nr r十十c c）。）。r r是行地址數(shù)，是行地址數(shù)，c c是列地是列地址數(shù)。行列選定一個(gè)特定存儲(chǔ)單元。如果存儲(chǔ)器外部寬址數(shù)。行列選定一個(gè)特定存儲(chǔ)單元。如果存儲(chǔ)器外部寬度為度為1 1位，那么列地址僅一位；對(duì)更寬的數(shù)據(jù)，列地址可位，那么列地址僅一位；對(duì)更寬的數(shù)據(jù)，列地址可選擇所有列的一個(gè)子集。選擇所有列的一個(gè)子集。 嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)器與通用系統(tǒng)的存儲(chǔ)器有所不同，嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)器與通用系統(tǒng)的存儲(chǔ)器有所不同，通常由通常由ROMROM、RAMRAM、EPROMEPROM等組成。嵌入式存儲(chǔ)器一般采用等組成。嵌入式存儲(chǔ)器一般采用存儲(chǔ)密度較大的存儲(chǔ)器芯片，存儲(chǔ)容量與應(yīng)用的軟件大存

31、儲(chǔ)密度較大的存儲(chǔ)器芯片，存儲(chǔ)容量與應(yīng)用的軟件大小相匹配。小相匹配。 6.2.2 6.2.2 存儲(chǔ)器的組織和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的組織和結(jié)構(gòu)1.RAM1.RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器）（隨機(jī)存儲(chǔ)器） RAMRAM可以被讀和寫(xiě)，地址可以以任意次序被讀。常見(jiàn)可以被讀和寫(xiě)，地址可以以任意次序被讀。常見(jiàn)RAMRAM的種類(lèi)有的種類(lèi)有SRAMSRAM（Static RAMStatic RAM，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）、，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）、DRAMDRAM（Dynamic RAMDynamic RAM，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）、，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）、DDRAMDDRAM（Double Data Rate SDRAMDouble Data Rate

32、 SDRAM，雙倍速率隨機(jī)存儲(chǔ)器）。，雙倍速率隨機(jī)存儲(chǔ)器）。其中，其中，SRAMSRAM比比DRAMDRAM運(yùn)行速度快，運(yùn)行速度快，SRAMSRAM比比DRAMDRAM耗電多，耗電多，DRAMDRAM需要周期性刷新。而需要周期性刷新。而DDRAMDDRAM是是RAMRAM的下一代產(chǎn)品。在的下一代產(chǎn)品。在1 3 3 M H z1 3 3 M H z 時(shí) 鐘 頻 率 ，時(shí) 鐘 頻 率 ， D D R A MD D R A M 內(nèi) 存 帶 寬 可 以 達(dá) 到內(nèi) 存 帶 寬 可 以 達(dá) 到13313364b/864b/82 22.1GB/s2.1GB/s，在，在200MHz200MHz時(shí)鐘頻率，其帶寬

33、時(shí)鐘頻率，其帶寬可達(dá)到可達(dá)到20020064b/864b/82 23.2GB/s3.2GB/s的海量。的海量。6.2.3 6.2.3 常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備2.ROM2.ROM（只讀存儲(chǔ)器）（只讀存儲(chǔ)器） ROMROM在燒入數(shù)據(jù)后，無(wú)需外加電源來(lái)保存數(shù)據(jù)，斷電后數(shù)據(jù)不丟在燒入數(shù)據(jù)后，無(wú)需外加電源來(lái)保存數(shù)據(jù)，斷電后數(shù)據(jù)不丟失，但速度較慢，適合存儲(chǔ)需長(zhǎng)期保留的不變數(shù)據(jù)。在嵌入式系統(tǒng)失，但速度較慢，適合存儲(chǔ)需長(zhǎng)期保留的不變數(shù)據(jù)。在嵌入式系統(tǒng)中，中，ROMROM用固定數(shù)據(jù)和程序。用固定數(shù)據(jù)和程序。 常見(jiàn)的常見(jiàn)的ROMROM有有Mask ROMMask ROM（掩模（掩模ROM

34、ROM）、）、PROMPROM（Programmable ROMProgrammable ROM，可編程可編程ROMROM）、）、EPROMEPROM（Erasable Programmable ROMErasable Programmable ROM，可擦寫(xiě)，可擦寫(xiě)ROMROM）、）、EEPROMEEPROM（電可擦除可編程（電可擦除可編程ROMROM，也可表示為，也可表示為E E2 2PROMPROM）、）、Flash ROMFlash ROM（閃速存儲(chǔ)器）。（閃速存儲(chǔ)器）。 Mask ROMMask ROM一次性由廠家寫(xiě)入數(shù)據(jù)的一次性由廠家寫(xiě)入數(shù)據(jù)的ROMROM，用戶無(wú)法修改。，用戶無(wú)法

35、修改。PROMPROM出出廠時(shí)廠家并沒(méi)有寫(xiě)入數(shù)據(jù)，而是保留里面的內(nèi)容為全廠時(shí)廠家并沒(méi)有寫(xiě)入數(shù)據(jù)，而是保留里面的內(nèi)容為全0 0或全或全1 1，由用，由用戶來(lái)編程一次性寫(xiě)入數(shù)據(jù)。戶來(lái)編程一次性寫(xiě)入數(shù)據(jù)。EPROMEPROM可以通過(guò)紫外光的照射，擦掉原先可以通過(guò)紫外光的照射，擦掉原先的程序，芯片可重復(fù)擦除和寫(xiě)入。的程序，芯片可重復(fù)擦除和寫(xiě)入。E2PROME2PROM是通過(guò)加電擦除原編程數(shù)是通過(guò)加電擦除原編程數(shù)據(jù)，通過(guò)高壓脈沖可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)，寫(xiě)入時(shí)間較長(zhǎng)。據(jù)，通過(guò)高壓脈沖可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)，寫(xiě)入時(shí)間較長(zhǎng)。Flash ROMFlash ROM斷電不斷電不會(huì)丟失數(shù)據(jù)（會(huì)丟失數(shù)據(jù)（NVRAMNVRAM），可快速讀取

36、，電可擦寫(xiě)可編程。），可快速讀取，電可擦寫(xiě)可編程。6.2.3 6.2.3 常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備3.Flash Memory3.Flash Memory Flash memory Flash memory（閃速存儲(chǔ)器）是嵌入式系統(tǒng)中重要（閃速存儲(chǔ)器）是嵌入式系統(tǒng)中重要的組成部分，用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟的組成部分，用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。但在使用失。但在使用Flash MemoryFlash Memory時(shí)，必須根據(jù)其自身特性，時(shí)，必須根據(jù)其自身特性，對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，以保證系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)。對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，以保證系統(tǒng)的性能

37、達(dá)到最優(yōu)。Flash MemoryFlash Memory是一種非易失性存儲(chǔ)器是一種非易失性存儲(chǔ)器NVMNVM（Non-Volatile Non-Volatile MemoryMemory），根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以將其分成），根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以將其分成NOR FlashNOR Flash和和NAND FlashNAND Flash兩種。兩種。 Flash MemoryFlash Memory在物理結(jié)構(gòu)上分成若干個(gè)區(qū)塊，區(qū)塊在物理結(jié)構(gòu)上分成若干個(gè)區(qū)塊，區(qū)塊之間相互獨(dú)立。之間相互獨(dú)立。NOR FlashNOR Flash把整個(gè)存儲(chǔ)區(qū)分成若干個(gè)扇區(qū)把整個(gè)存儲(chǔ)區(qū)分成若干個(gè)扇區(qū)（SectorSector），

38、而），而NAND FlashNAND Flash把整個(gè)存儲(chǔ)區(qū)分成若干個(gè)塊把整個(gè)存儲(chǔ)區(qū)分成若干個(gè)塊（BlockBlock），可以對(duì)以塊或扇區(qū)為單位的內(nèi)存單元進(jìn)行擦），可以對(duì)以塊或扇區(qū)為單位的內(nèi)存單元進(jìn)行擦寫(xiě)和再編程。寫(xiě)和再編程。6.2.3 6.2.3 常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備 由于由于Flash MemoryFlash Memory的寫(xiě)操作只能將數(shù)據(jù)位從的寫(xiě)操作只能將數(shù)據(jù)位從1 1寫(xiě)成寫(xiě)成0 0，而不能從，而不能從0 0寫(xiě)成寫(xiě)成1 1，所以在對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行寫(xiě)入之前必須先執(zhí)行擦除操作，將預(yù)寫(xiě)，所以在對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行寫(xiě)入之前必須先執(zhí)行擦除操作，將預(yù)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)位初始化為入的數(shù)據(jù)位初始

39、化為1 1。擦操作的最小單位是一個(gè)區(qū)塊，而不是單個(gè)。擦操作的最小單位是一個(gè)區(qū)塊，而不是單個(gè)字節(jié)。字節(jié)。NAND FlashNAND Flash執(zhí)行擦除操作是十分簡(jiǎn)單的，而執(zhí)行擦除操作是十分簡(jiǎn)單的，而NORNOR型內(nèi)存則要求型內(nèi)存則要求在進(jìn)行擦除前先要將目標(biāo)塊內(nèi)所有的位都寫(xiě)為在進(jìn)行擦除前先要將目標(biāo)塊內(nèi)所有的位都寫(xiě)為0 0。 由于擦除由于擦除NOR FlashNOR Flash時(shí)是以時(shí)是以6464128KB128KB為單位的塊進(jìn)行的，執(zhí)行為單位的塊進(jìn)行的，執(zhí)行一個(gè)寫(xiě)入擦除操作的時(shí)間為一個(gè)寫(xiě)入擦除操作的時(shí)間為5s5s，與此相反，擦除，與此相反，擦除NAND FlashNAND Flash是以是以8

40、832KB32KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行相同的操作最多只需要的塊進(jìn)行的，執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms4ms。 NOR FlashNOR Flash的讀速度比的讀速度比NAND FlashNAND Flash稍快一些，稍快一些，NAND FlashNAND Flash的寫(xiě)入的寫(xiě)入速度比速度比NOR FlashNOR Flash快很多?？旌芏?。NAND FlashNAND Flash的隨機(jī)讀取能力差，適合大量的隨機(jī)讀取能力差，適合大量數(shù)據(jù)的連續(xù)讀取。數(shù)據(jù)的連續(xù)讀取。 除了除了NOR FlashNOR Flash的讀，的讀，F(xiàn)lash MemoryFlash Memory的其他操作不能像的其他操作不能像

41、RAMRAM那樣，那樣，直接對(duì)目標(biāo)地址進(jìn)行總線操作。例如執(zhí)行一次寫(xiě)操作，它必須輸入直接對(duì)目標(biāo)地址進(jìn)行總線操作。例如執(zhí)行一次寫(xiě)操作，它必須輸入一串特殊的指令（一串特殊的指令（NOR Flash NOR Flash ），或者完成一段時(shí)序（），或者完成一段時(shí)序（NAND FlashNAND Flash）才能將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到才能將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到Flash MemoryFlash Memory中。中。6.2.3 6.2.3 常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備 NOR Flash NOR Flash帶有帶有SRAMSRAM接口，有足夠的地址引腳來(lái)尋址，可以很容接口，有足夠的地址引腳來(lái)尋址，可以很容易

42、地存取其內(nèi)部的每一個(gè)字節(jié)。易地存取其內(nèi)部的每一個(gè)字節(jié)。NAND FlashNAND Flash地址、數(shù)據(jù)和命令共用地址、數(shù)據(jù)和命令共用8 8位總線位總線/16/16位總線，每次讀寫(xiě)都要使用復(fù)雜的位總線，每次讀寫(xiě)都要使用復(fù)雜的I/OI/O接口串行地存取數(shù)接口串行地存取數(shù)據(jù)，據(jù)，8 8位總線位總線/16/16位總線用來(lái)傳送控制、地址和資料信息。位總線用來(lái)傳送控制、地址和資料信息。 NAND FlashNAND Flash讀和寫(xiě)操作采用讀和寫(xiě)操作采用512B512B的塊，類(lèi)似硬盤(pán)管理操作。因的塊，類(lèi)似硬盤(pán)管理操作。因此，基于此，基于NANDNAND的閃存可以取代硬盤(pán)或其他塊設(shè)備。的閃存可以取代硬盤(pán)或

43、其他塊設(shè)備。 NOR FlashNOR Flash容量通常在容量通常在1 MB1 MB8MB8MB之間。而之間。而NAND FlashNAND Flash用在用在8MB8MB以以上的產(chǎn)品當(dāng)中。上的產(chǎn)品當(dāng)中。NOR FlashNOR Flash主要應(yīng)用在代碼存儲(chǔ)介質(zhì)中，主要應(yīng)用在代碼存儲(chǔ)介質(zhì)中，NAND FlashNAND Flash適用于資料存儲(chǔ)。適用于資料存儲(chǔ)。 所有所有Flash MemoryFlash Memory器件存在位交換現(xiàn)象。器件存在位交換現(xiàn)象。Flash MemoryFlash Memory在讀寫(xiě)在讀寫(xiě)數(shù)據(jù)過(guò)程中，偶然會(huì)產(chǎn)生一位或幾位數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，即位反轉(zhuǎn)。位反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)過(guò)程中，偶然會(huì)

44、產(chǎn)生一位或幾位數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，即位反轉(zhuǎn)。位反轉(zhuǎn)無(wú)法避免，只能通過(guò)其他手段對(duì)產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行事后處理。位反轉(zhuǎn)無(wú)法避免，只能通過(guò)其他手段對(duì)產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行事后處理。位反轉(zhuǎn)的問(wèn)題多見(jiàn)于的問(wèn)題多見(jiàn)于NAND FlashNAND Flash。NAND FlashNAND Flash的供貨商建議使用的供貨商建議使用NAND NAND FlashFlash的時(shí)候，同時(shí)使用的時(shí)候，同時(shí)使用EDC/ECCEDC/ECC（錯(cuò)誤探測(cè)錯(cuò)誤糾正）算法，以（錯(cuò)誤探測(cè)錯(cuò)誤糾正）算法，以確保可靠性。確保可靠性。 6.2.3 6.2.3 常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備 Flash MemoryFlash Memory在

45、使用過(guò)程中，可能導(dǎo)致某些區(qū)塊的損在使用過(guò)程中，可能導(dǎo)致某些區(qū)塊的損壞。區(qū)塊一旦損壞，將無(wú)法進(jìn)行修復(fù)。壞。區(qū)塊一旦損壞，將無(wú)法進(jìn)行修復(fù)。NAND FlashNAND Flash中的中的壞塊是隨機(jī)分布的，尤其是壞塊是隨機(jī)分布的，尤其是NAND FlashNAND Flash在出廠時(shí)就可能在出廠時(shí)就可能存在這樣的壞塊（已經(jīng)被標(biāo)識(shí)出）。存在這樣的壞塊（已經(jīng)被標(biāo)識(shí)出）。NAND FlashNAND Flash需要對(duì)需要對(duì)介質(zhì)進(jìn)行初始化掃描以發(fā)現(xiàn)壞塊，并將壞塊標(biāo)記為不可介質(zhì)進(jìn)行初始化掃描以發(fā)現(xiàn)壞塊，并將壞塊標(biāo)記為不可用。如果對(duì)已損壞的區(qū)塊進(jìn)行操作，可能會(huì)帶來(lái)不可預(yù)用。如果對(duì)已損壞的區(qū)塊進(jìn)行操作，可能會(huì)帶來(lái)

46、不可預(yù)測(cè)的錯(cuò)誤。測(cè)的錯(cuò)誤。 應(yīng)用程序可以直接在應(yīng)用程序可以直接在NOR FlashNOR Flash內(nèi)運(yùn)行，不需要再把內(nèi)運(yùn)行，不需要再把代碼讀到系統(tǒng)代碼讀到系統(tǒng)RAMRAM中運(yùn)行。中運(yùn)行。NOR FlashNOR Flash的傳輸效率很高，的傳輸效率很高，在在1 14MB4MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫(xiě)入和擦除速度大大影響了它的性能。寫(xiě)入和擦除速度大大影響了它的性能。NAND FlashNAND Flash結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫(xiě)入和擦除的速度也很快，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫(xiě)入和擦除的速度也很快，應(yīng)用應(yīng)用NAND FlashN

47、AND Flash的困難在于需要特殊的系統(tǒng)接口。的困難在于需要特殊的系統(tǒng)接口。6.2.3 6.2.3 常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備 在在NOR FlashNOR Flash上運(yùn)行代碼不需要任何的軟件支持。在上運(yùn)行代碼不需要任何的軟件支持。在NAND FlashNAND Flash上進(jìn)行同樣操作時(shí)，通常需要驅(qū)動(dòng)程序，也上進(jìn)行同樣操作時(shí)，通常需要驅(qū)動(dòng)程序，也就是內(nèi)存技術(shù)驅(qū)動(dòng)程序（就是內(nèi)存技術(shù)驅(qū)動(dòng)程序（MTDMTD）。）。NAND FlashNAND Flash和和NOR NOR FlashFlash在進(jìn)行寫(xiě)入和擦除操作時(shí)都需要在進(jìn)行寫(xiě)入和擦除操作時(shí)都需要MTDMTD。 在在NA

48、ND FlashNAND Flash中每個(gè)塊的最大擦寫(xiě)次數(shù)是一百萬(wàn)次，中每個(gè)塊的最大擦寫(xiě)次數(shù)是一百萬(wàn)次，而而NOR FlashNOR Flash的擦寫(xiě)次數(shù)是十萬(wàn)次。的擦寫(xiě)次數(shù)是十萬(wàn)次。NAND FlashNAND Flash除了具有除了具有10:110:1的塊擦除周期優(yōu)勢(shì)，典型的的塊擦除周期優(yōu)勢(shì)，典型的NAND FlashNAND Flash塊尺寸要比塊尺寸要比NORNOR型閃存小型閃存小8 8倍，每個(gè)倍，每個(gè)NAND FlashNAND Flash的內(nèi)存塊在給定的時(shí)的內(nèi)存塊在給定的時(shí)間內(nèi)刪除次數(shù)要少一些。間內(nèi)刪除次數(shù)要少一些。6.2.3 6.2.3 常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存

49、儲(chǔ)設(shè)備4.4.標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)卡（標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)卡（Compact FlashCompact Flash，CFCF卡）卡） CFCF卡是利用卡是利用FlashFlash技術(shù)的存儲(chǔ)卡，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖，接技術(shù)的存儲(chǔ)卡，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖，接口具有口具有PCMCIA-ATAPCMCIA-ATA功能，可以工作在功能，可以工作在IDEIDE接口模式，也可接口模式，也可以工作在以工作在PC CardPC Card模式。衍生出來(lái)的模式。衍生出來(lái)的CF+CF+卡物理規(guī)格和卡物理規(guī)格和CFCF完全相同，在手持設(shè)備上應(yīng)用，如完全相同，在手持設(shè)備上應(yīng)用，如CFCF串口卡、串口卡、CF Modem. CF Modem. CFCF藍(lán)牙、藍(lán)牙

50、、CF USBCF USB卡、卡、CFCF網(wǎng)卡、網(wǎng)卡、CF GPSCF GPS卡、卡、CF GPRSCF GPRS卡等?？ǖ?。按照按照CF+CF+卡標(biāo)準(zhǔn)，它不一定要支持卡標(biāo)準(zhǔn)，它不一定要支持ATAATA接口。通常建議接口。通常建議CF+CF+卡工作在卡工作在PCMCIAPCMCIA模式。模式。CFCF卡可以看作是卡可以看作是PCMCIAPCMCIA卡的一個(gè)卡的一個(gè)子集，可以通過(guò)物理上的轉(zhuǎn)換器，直接轉(zhuǎn)換成子集，可以通過(guò)物理上的轉(zhuǎn)換器，直接轉(zhuǎn)換成PCMCIAPCMCIA卡卡使用。使用。 CFCF卡可分為卡可分為I I型和型和IIII型兩類(lèi)，二者的規(guī)格和特性基本型兩類(lèi)，二者的規(guī)格和特性基本相同，只是

51、相同，只是IIII型比型比I I型略厚一些（型略厚一些（5.0mm5.0mm，3.3mm3.3mm），），IIII型型插座可以同時(shí)兼容插座可以同時(shí)兼容I I型卡。型卡。6.2.3 6.2.3 常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備CFCF卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)6.2.3 6.2.3 常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備主機(jī)主機(jī)嵌入式嵌入式FlashFlash文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)MCUMCUECCECC內(nèi)部?jī)?nèi)部DMADMAPWUPWUFlashFlash媒體媒體SRAMSRAM緩沖緩沖ATAATA控制器控制器 CF CF卡有卡有3 3種工作模式：種工作模式：PCPC卡卡ATA I

52、/OATA I/O模式、模式、PCPC卡卡ATAATA存儲(chǔ)模式和實(shí)存儲(chǔ)模式和實(shí)IDEIDE模式。實(shí)模式。實(shí)IDEIDE模式與模式與IDEIDE接口完全兼容。接口完全兼容。CFCF卡遵循卡遵循ATAATA協(xié)議，屬于協(xié)議，屬于塊存儲(chǔ)設(shè)備，存儲(chǔ)單元是通過(guò)磁頭（塊存儲(chǔ)設(shè)備，存儲(chǔ)單元是通過(guò)磁頭（headhead）、柱面（）、柱面（cylindercylinder，也，也稱磁道）和扇區(qū)（稱磁道）和扇區(qū)（sector sector ）組織起來(lái)的。在物理尋址（）組織起來(lái)的。在物理尋址（CHSCHS）方式）方式下，每一組下，每一組H/C/SH/C/S參數(shù)唯一確定存儲(chǔ)卡中的一個(gè)扇區(qū)，通常一個(gè)扇區(qū)參數(shù)唯一確定存儲(chǔ)卡

53、中的一個(gè)扇區(qū)，通常一個(gè)扇區(qū)擁有擁有512B512B的數(shù)據(jù)空間。一個(gè)驅(qū)動(dòng)數(shù)格式化后的容量為磁頭數(shù)的數(shù)據(jù)空間。一個(gè)驅(qū)動(dòng)數(shù)格式化后的容量為磁頭數(shù)柱面柱面數(shù)數(shù)扇區(qū)數(shù)扇區(qū)數(shù)512512字節(jié)。在物理尋址模式下，扇區(qū)（字節(jié)。在物理尋址模式下，扇區(qū)（S S）是最低的地）是最低的地址單位，其次是磁頭（址單位，其次是磁頭（H H），最后的柱面（），最后的柱面（C C）為最高尋址單位。此）為最高尋址單位。此外，還有邏輯尋址方式（外，還有邏輯尋址方式（LBALBA）。在這種尋址方式下，）。在這種尋址方式下，CFCF卡按照以連卡按照以連續(xù)序列的邏輯扇區(qū)編號(hào)進(jìn)行尋址，主機(jī)不必知道續(xù)序列的邏輯扇區(qū)編號(hào)進(jìn)行尋址，主機(jī)不必知道

54、CFCF卡的物理幾何結(jié)卡的物理幾何結(jié)構(gòu)。使用構(gòu)。使用2828個(gè)數(shù)據(jù)位來(lái)表示邏輯扇區(qū)的地址，可以尋址個(gè)數(shù)據(jù)位來(lái)表示邏輯扇區(qū)的地址，可以尋址228228個(gè)扇區(qū)，個(gè)扇區(qū)，理論上可以尋址理論上可以尋址136GB136GB的容量。的容量。6.2.3 6.2.3 常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備 物理尋址方式與邏輯尋址方式的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下所示物理尋址方式與邏輯尋址方式的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下所示： S SLBALBA=N=NH HN NS Sb bC C+N+NC Cb bH H+b+bS S-1-1； b bC C= =（S SLBALBA div N div NS S）div Ndiv NH H；

55、 b bH H= =（S SLBALBA div N div NS S）mod Nmod NH H； b bS S= =（S SLBALBA mod N mod NS S）+1+1。 其中：其中：N NS S為每磁道扇區(qū)數(shù)，為每磁道扇區(qū)數(shù)，N NH H為磁頭數(shù)，為磁頭數(shù)，b bC C、b bH H、b bS S分分別表示磁盤(pán)的柱面、磁頭和扇區(qū)編號(hào)，別表示磁盤(pán)的柱面、磁頭和扇區(qū)編號(hào)，S SLBALBA表示邏輯扇區(qū)表示邏輯扇區(qū)號(hào)，號(hào)，divdiv為整除計(jì)算，為整除計(jì)算，modmod為求余計(jì)算。為求余計(jì)算。 6.2.3 6.2.3 常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備5.5.安全數(shù)據(jù)卡（

56、安全數(shù)據(jù)卡（Secure Digital CardSecure Digital Card，SDSD卡）卡） 由日本由日本PanasonicPanasonic公司、公司、TOSHIBATOSHIBA公司和美國(guó)公司和美國(guó)SanDiskSanDisk公司共同開(kāi)公司共同開(kāi)發(fā)研制的發(fā)研制的SDSD卡是一種全新的存儲(chǔ)卡產(chǎn)品，在卡是一種全新的存儲(chǔ)卡產(chǎn)品，在MP3MP3、數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼、數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、電子圖書(shū)及相機(jī)、電子圖書(shū)及AVAV器材等中應(yīng)用。器材等中應(yīng)用。SDSD存儲(chǔ)卡采用一個(gè)完全開(kāi)放的存儲(chǔ)卡采用一個(gè)完全開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)（系統(tǒng)），外形與標(biāo)準(zhǔn)（系統(tǒng)），外形與MultiMediaMultiMedia卡保

57、持一致，比卡保持一致，比MMCMMC卡略厚，具有卡略厚，具有更大的容量，兼容更大的容量，兼容MMCMMC卡接口規(guī)范?？ń涌谝?guī)范。SDSD卡具有加密功能，可以保證數(shù)卡具有加密功能，可以保證數(shù)據(jù)資料的安全保密。據(jù)資料的安全保密。SDSD卡具有版權(quán)保護(hù)技術(shù)，所采用的版權(quán)保護(hù)技卡具有版權(quán)保護(hù)技術(shù)，所采用的版權(quán)保護(hù)技術(shù)是術(shù)是DVDDVD中使用的中使用的CPRMCPRM技術(shù)（可刻錄介質(zhì)內(nèi)容保護(hù)）。技術(shù)（可刻錄介質(zhì)內(nèi)容保護(hù)）。6.6.硬盤(pán)存儲(chǔ)器硬盤(pán)存儲(chǔ)器 硬盤(pán)存儲(chǔ)器具有存儲(chǔ)容量大，使用壽命長(zhǎng)，存取速度較快的特硬盤(pán)存儲(chǔ)器具有存儲(chǔ)容量大，使用壽命長(zhǎng)，存取速度較快的特點(diǎn)，也是在嵌入式系統(tǒng)中常用的外存。點(diǎn)，也是在嵌

58、入式系統(tǒng)中常用的外存。6.2.3 6.2.3 常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備 硬盤(pán)存儲(chǔ)器的硬件包括硬盤(pán)控制器（適配器）、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器以及連接電硬盤(pán)存儲(chǔ)器的硬件包括硬盤(pán)控制器（適配器）、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器以及連接電纜。硬盤(pán)控制器（纜。硬盤(pán)控制器（Hard Disk ControllerHard Disk Controller，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱HDCHDC）對(duì)硬盤(pán)進(jìn)行管理，并）對(duì)硬盤(pán)進(jìn)行管理，并在主機(jī)和硬盤(pán)之間傳送數(shù)據(jù)。硬盤(pán)控制器以適配卡的形式插在主板上或直接在主機(jī)和硬盤(pán)之間傳送數(shù)據(jù)。硬盤(pán)控制器以適配卡的形式插在主板上或直接集成在主板上，然后通過(guò)電纜與硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器相連。硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器（集成在主板上，然

59、后通過(guò)電纜與硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器相連。硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器（Hard Disk Hard Disk DriveDrive，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱HDDHDD）中有盤(pán)片、磁頭、主軸電機(jī)（盤(pán)片旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)）、磁）中有盤(pán)片、磁頭、主軸電機(jī)（盤(pán)片旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)）、磁頭定位機(jī)構(gòu)、讀寫(xiě)電路和控制邏輯等。頭定位機(jī)構(gòu)、讀寫(xiě)電路和控制邏輯等。 硬盤(pán)存儲(chǔ)器可分為溫徹斯特盤(pán)和非溫徹斯特盤(pán)兩類(lèi)。溫徹斯特盤(pán)是根據(jù)硬盤(pán)存儲(chǔ)器可分為溫徹斯特盤(pán)和非溫徹斯特盤(pán)兩類(lèi)。溫徹斯特盤(pán)是根據(jù)溫徹斯特技術(shù)設(shè)計(jì)制造的，它的磁頭、盤(pán)片、磁頭定位機(jī)構(gòu)、主軸、甚至連溫徹斯特技術(shù)設(shè)計(jì)制造的，它的磁頭、盤(pán)片、磁頭定位機(jī)構(gòu)、主軸、甚至連讀寫(xiě)驅(qū)動(dòng)電路等都被密封在一個(gè)盤(pán)盒內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)頭一盤(pán)

60、組合體。溫徹斯讀寫(xiě)驅(qū)動(dòng)電路等都被密封在一個(gè)盤(pán)盒內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)頭一盤(pán)組合體。溫徹斯特盤(pán)的防塵性能好，可靠性高，對(duì)使用環(huán)境要求不高。非溫徹斯特盤(pán)磁盤(pán)的特盤(pán)的防塵性能好，可靠性高，對(duì)使用環(huán)境要求不高。非溫徹斯特盤(pán)磁盤(pán)的磁頭和盤(pán)片等不是密封的，通常只能用于中型、大型計(jì)算機(jī)機(jī)房中。磁頭和盤(pán)片等不是密封的，通常只能用于中型、大型計(jì)算機(jī)機(jī)房中。 最常見(jiàn)的硬盤(pán)接口是最常見(jiàn)的硬盤(pán)接口是IDEIDE（ATAATA）和）和SCSISCSI兩種，一些移動(dòng)硬盤(pán)采用兩種，一些移動(dòng)硬盤(pán)采用PCMCIAPCMCIA或或USBUSB接口。接口。6.2.3 6.2.3 常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備 IDE ID