嵌入式系統(tǒng)的存儲器系統(tǒng)要點

第4章

嵌入式系統(tǒng)的存儲器系統(tǒng)4.1存儲器系統(tǒng)概述4.1.1存儲器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 計算機系統(tǒng)的存儲器被組織成一個6個層次的金字塔形的層次結(jié)構(gòu),位于整個層次結(jié)構(gòu)的最頂部S0層為CPU內(nèi)部寄存器S1層為芯片內(nèi)部的高速緩存（cache） 內(nèi)存S2層為芯片外的高速緩存（SRAM、DRAM、SDRAM、DDRAM）S3層為主存儲器（Flash、PROM、EPROM、EEPROM）S4層為外部存儲器（磁盤、光盤、CF、SD卡）S5層為遠(yuǎn)程二級存儲（分布式文件系統(tǒng)、Web服務(wù)器）圖4.1.1存儲器系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)4.1.2高速緩沖存儲器 在主存儲器和CPU之間采用高速緩沖存儲器（cache）被廣泛用來提高提高存儲器系統(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。cache能夠減少內(nèi)存平均訪問時間。 Cache可以分為統(tǒng)一cache和獨立的數(shù)據(jù)／程序cache。在一個存儲系統(tǒng)中,指令預(yù)取時和數(shù)據(jù)讀寫時使用同一個cache,這時稱系統(tǒng)使用統(tǒng)一的cache。如果在一個存儲系統(tǒng)中,指令預(yù)取時使用的一個cache,數(shù)據(jù)讀寫時使用的另一個cache,各自是獨立的,這時稱系統(tǒng)使用了獨立的cache,用于指令預(yù)取的cache稱為指令cache,用于數(shù)據(jù)讀寫的cache稱為數(shù)據(jù)cache。4.2嵌入式系統(tǒng)存儲設(shè)備分類 存儲器是嵌入式系統(tǒng)硬件的重要組成部分,用來存放嵌入式系統(tǒng)工作時所用的程序和數(shù)據(jù)。嵌入式系統(tǒng)的存儲器由片內(nèi)和片外兩部分組成。 在微機系統(tǒng)中,存儲器可分為主存儲器（MainMemory簡稱內(nèi)存或主存）和輔助存儲器（AuxiliaryMemory,SecondaryMemory,簡稱輔存或外存）。內(nèi)存是計算機主機的一個組成部分,一般都用快速存儲器件來構(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。更多的系統(tǒng)軟件和全部應(yīng)用軟件則在用到時由外存?zhèn)魉偷絻?nèi)存。外存也是用來存儲各種信息的,存放的是相對來說不經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù),其特點是容量大。外存總是和某個外部設(shè)備相關(guān)的,常見的外存有軟盤、硬盤、U盤、光盤等。S3C2410存儲器擴展程序存儲器:(FLASHPROM)NORFLASH:AM29LV160DBNANDFLASH:K9F1208數(shù)據(jù)存儲器(SDROM):HY57V561620SDRAM全稱為“SynchronousDynamicrandomaccessmemory”,稱同步內(nèi)存，訪問的速度比flash存儲器要快得多。SDRAM與DRAM區(qū)別:在SDRAM內(nèi)部一般要將存儲芯片的存儲單元分成兩個以上的體(bank)。最少兩個，當(dāng)對SDRAM進(jìn)行讀/寫時，選中的一個體(bank)在進(jìn)行讀/寫時，另外沒有被選中的體(bank)便可以預(yù)充電；DRAM只有一個體。S3C2410A部分管腳圖4.3

NOR

Flash接口電路4.3.1NORFlash存儲器Am29LV160D Am29LV160D是AMD公司的一款NORFlash存儲器,存儲容量為2M×8Bit/1M×16Bit,接口與CMOSI/O兼容,工作電壓為2.7～3.6V,讀操作電流為9mA,編程和擦除操作電流為20mA,待機電流為200nA。采用FBGA-48、TSOP-48、SO-44三種封裝形式。 Am29LV160D僅需3.3V電壓即可完成在系統(tǒng)的編程與擦除操作,通過對其內(nèi)部的命令寄存器寫入標(biāo)準(zhǔn)的命令序列,可對Flash進(jìn)行編程（燒寫）、整片擦除、按扇區(qū)擦除,以及其他操作。以16位（字模式）數(shù)據(jù)寬度的方式工作。更多的內(nèi)容請登錄www.AMD.com,查找資料“Am29LV160D16Megabit(2M×8-Bit/1M×16-Bit)CMOS3.0Volt-onlyBootSectorFlashMemory” Am29LV160D的邏輯框圖如圖4.3.1所示,引腳端功能如表4.3.1所示。引腳類型功能A19～A0輸入地址輸入。提供存儲器地址DQ14～DQ0輸入/輸出數(shù)據(jù)輸入/輸出DQ15/A-1輸入/輸出在字模式，DQ15為數(shù)據(jù)輸入/輸出；在字節(jié)模式，A-1為LSB地址輸入BYTE#輸入選擇8bit或者16bit模式CE#輸入片選。當(dāng)CE#為低電平時，芯片有效OE#輸入輸出使能。當(dāng)OE#為低電平時，輸出有效WE#輸入寫使能，低電平有效，控制寫操作RESET#輸入硬件復(fù)位引腳端，低電平有效RY/BY#輸出就緒/忙標(biāo)志信號輸出，SO-44封裝無此引腳端VCC電源3

V電源電壓輸入VSS地器件地NC未連接?？漳_圖4.3.1

Am29LV160D的邏輯框圖表4.3.1Am29LV160D引腳端功能NOR

FLASH存儲器（AM29LV160）4.4

NAND

Flash接口電路4.4.1S3C2410ANANDFlash控制器1．S3C2410ANANDFlash控制器特性 S3C2410A可以在一個外部NANDFlash存儲器上執(zhí)行啟動代碼，用來實現(xiàn)這一想法。為了支持NANDFlash的啟動裝載（bootloader），S3C2410A配置了一個叫做“Steppingstone”的內(nèi)部SRAM緩沖器。當(dāng)系統(tǒng)啟動時，NANDFlash存儲器的前4KB將被自動加載到Steppingstone中，然后系統(tǒng)自動執(zhí)行這些載入的啟動代碼。 在一般情況下，啟動代碼將復(fù)制NANDFlash的內(nèi)容到SDRAM中。使用S3C2410A內(nèi)部硬件ECC功能可以對NANDFlash的數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行檢查。在復(fù)制完成后，將在SDRAM中執(zhí)行主程序。NANDFlash控制器具有以下特性。NANDFlash模式:支持讀／擦除／編程NANDFlash存儲器。自動啟動模式:復(fù)位后，啟動代碼被傳送到Steppingstone中。傳送完畢后，啟動代碼在Steppingstone中執(zhí)行。具有硬件ECC產(chǎn)生模塊（硬件生成校驗碼和通過軟件校驗）。在NANDFlash啟動后，Steppingstone4KB內(nèi)部SRAM緩沖器可以作為其他用途使用。NANDFlash控制器不能通過DMA訪問，可以使用LDM/STM指令來代替DMA操作。NAND

Flash控制器的引腳配置如表4.4.1所列。表4.4.1

NAND

Flash控制器的引腳配置引腳配置D[7:0]數(shù)據(jù)/命令/地址輸入/輸出端口（用數(shù)據(jù)總線分派）CLE命令鎖存使能（輸出）ALE地址鎖存使能（輸出）nFCENAND

Flash芯片使能（輸出）nFRENAND

Flash讀使能（輸出）nFWENAND

Flash寫使能（輸出）R/nBNAND

Flash準(zhǔn)備就緒/忙使能（輸出）BOOT（啟動）和NANDFlash配置:■OM[1:0]=00b:使能NANDFlash控制器為自動啟動模式表4.4.3

K9F1208UDM的引腳功能引腳類型功能I/O7～

I/O0輸入/輸出數(shù)據(jù)輸入輸出、控制命令和地址的輸入CLE輸入命令鎖存信號ALE輸入地址鎖存信號/CE輸入芯片使能信號/RE輸入讀有效信號/WE輸入寫有效信號/WP輸入寫保護(hù)信號R/nB輸出就緒/忙標(biāo)志信號輸出Vcc電源電源電壓2.7V～3.3VVss接地器件地NANDFLASH存儲器K9F1208:容量64M字節(jié),包含4096塊,每個塊有32頁,每頁有512個字節(jié)（實際為528字節(jié),含16個標(biāo)志字節(jié)）,頁編程時間為200uS,塊擦除時間2mS.總?cè)萘?4094*32*512=64（MByte）編程時間=4096*32*0.2mS=26.2秒,寫入極限速度=64MByte/26.2秒=2.4MByte/S擦除時間=4096*2mS=8.192秒NAND

FLASH讀時序NAND

FLASH僅讀16個標(biāo)志字節(jié)的時序NAND

FLASH寫時序NAND

FLASH塊擦除時序K9K8G08

1GByte編程和擦除時間計算K9K8G081GByte介紹8192塊,每塊64頁,每頁2048字節(jié),頁編程時間200uS,塊擦除時間1.5mSK9F1208:總?cè)萘?8192*64*2048=1GByte）編程時間=8192*64*0.2mS=104.8秒,寫入極限速度=1024MByte/104.86秒=9.7MByte/S擦除時間=8192*1.5mS=12.3秒與NAND

FLASH相關(guān)的寄存器NFCONFNFCMDNFADDRNFDATANFSTATNFECC4.5

SDRAM接口電路 SDRAM可讀／可寫,不具有掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)的特性,但其存取速度大大高于Flash存儲器。在嵌入式系統(tǒng)中,SDRAM主要用做程序的運行空間、數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)。當(dāng)系統(tǒng)啟動時,CPU首先從復(fù)位地址0x0處讀取啟動代碼,在完成系統(tǒng)的初始化后,程序代碼一般應(yīng)調(diào)入SDRAM中運行,以提高系統(tǒng)的運行速度。 SDRAM在各種嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用時,為避免數(shù)據(jù)丟失,必須定時刷新。因此要求微處理器具有刷新控制邏輯,或在系統(tǒng)中另外加入刷新控制邏輯電路。 目前常用的SDRAM為8位/16位的數(shù)據(jù)寬度,工作電壓一般為3.3V。。HY57V561620:容量:4*4M*16bit行地址:RA0-RA12列地址:CA0-CA8塊地址選擇:BA0,BA1行地址選擇:nRAS列地址選擇:nCAS表4.4.4

HY57V561620引腳功能引腳類型功能CLK輸入時鐘，芯片時鐘輸入。所有的輸入中CLK的上升沿有效CKE輸入時鐘使能，片內(nèi)時鐘信號控制/CS輸入片選。禁止或使能除CLK、CKE和DQM外的所有輸入信號BAO，BA1輸入組地址選擇。用于片內(nèi)4個組的選擇A12～A0輸入地址總線。行地址：A12～A0；列地址：A8～A0/RAS輸入