【嵌入式基础】内存（Cache，RAM，ROM，Flash）

1. 前言

最近在看赛普拉斯的一款芯片CYW8019规格书，里面有好几个内存的关键字（如下图的右上方），本文将聊它们的含义和作用。

2. Cache

Cache是集成在CPU内部的极高速缓存。一般来讲，它的访问速度几乎可以媲美CPU。CPU在访问Cache的时候几乎不会浪费多少时间，不过，速度的提升是用容量为代价的，容量很小。

为什么需要Cache ？当CPU访问内存的时候，并不是立刻就能访问到它想访问的内存，而是有个“WaitState”的过程。那么，把常用的数据放在Cache中，CPU在访问的时候直接访问Cache就行了，不用耗费时间去访问内存了。

在读内存的时候，CPU先读Cache，看看有没有想要的数据的“副本”，有的话直接读取，没有的话在去读内存。写内存时，CPU先将数据写在Cache中，Cache写满后更新到内存中，同时清空Cache。

3. RAM

RAM(Random Access Memory)随机存储器。内容可按需随意存取，且存取的速度与存储单元的位置无关，掉电丢数据。

按照存储信息的不同，分为静态堆积存储器（Static RAM，SRAM）和动态随机存储器（Danamic RAM，DRAM）。

SRAM 不需要刷新电路既能保存数据；DRAM每隔一段时间，需要刷新充电一次，否则内部的数据会消失。

SRAM具有较高性能，但是集成度低，既相同容量的DRAM内存可设计成较小的体积，而SRAM却需要很大的体积，且功耗较高。

SRAM速度非常快，是目前读写最快的存储设备了，而且不需要刷新。缺点是价格比较贵，所以只在要求很苛刻的地方使用，比如CPU的一级缓存，二级缓存。
DRAM保留数据的时间很短，速度也比SRAM慢，不过还是比任何的ROM都要快，价格上比SRAM便宜很多，计算机内存就是DRAM的。

SDRAM(Synchronous DRAM)即同步动态随机存储器。同步是指工作需要同步时钟，内部命令的发送与数据传输都已它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失；随机是指数据不是线性一次存储，而是自由指定地址进行数据读取。

DDR RAM(Date-Rate RAM)也称作DDR SDRAM，这种改进型的RAM和SDRAM基本是一样的，不同之处在于它可以在一个时钟读取两次数据，这样就使得传输速度加倍了。这是目前电脑用得最多的内存，而且它有成本优势。

还有一种是PSAM，Pseudo static random access memory，指的是伪静态随机存储器。内部的内存颗粒跟SDRAM的颗粒相似，但外部的接口跟SRAM相似，不需要SDRAM那样负责的控制器和刷新机制，PSRAM的接口跟SRAM的接口是一样的。

4. ROM

ROM(Read-Only Memory)只读存储器，是一种只能读出事先存储的数据的固态半导体存储器 ，掉电不丢数据。ROM也有很多种，PROM是可编程的ROM，PROM和EPROM（可擦除可编程ROM）两者区别是：PROM是一次性的，也就是软件烧录后，就无法修改了，这是早期产品了，现在已经不可能使用了；而EPROM是通过紫外线的照射擦除原先的程序，是一种通用的存储器。
还有一种EEPROM是通过电子擦除，价格很高，写入时间很长。手机软件一般放在EEPROM中。

5. Falsh

闪存，是一种长寿命的非易失性（在断电情况下不丢数据）的存储器，数据删除不是以单个字节为单位而是以固定的区块为单位（注意：NOR Flash为字节存储），区块一般为256K到20MB。

Flash主要有两种：NOR Flash 和 NAND Flash。

任务Flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除操作。NAND Flash擦除十分简单，而NOR Flash则要求在进行擦除前要将目标块内所有的位都写1。

5.1 NOR Flash

NOR Flash的读取和我们常见的SDRAM的读取是一样的，用户可以直接运行装载在NOR Flash里面的代码，这样可以减少SRAM的容量从而节约成本。

一般小容量的用NOR Flash，因为其读取速度快，多用来存储操作系统等重要信息。

5.2 NAND Flash

NAND Flash没有采取内存的随机读取技术，它的读取是以一次读取一块的形式来进行的，通常是一次读取512个字节，采用这种技术的Flash比较廉价，在NAND Flash上不能运行代码。

一般大容量的用NAND Flash。

5.3 NOR Flash和NAND Flash性能对比

• NOR器件擦除时是以64 ~ 128KB的块进行的，执行一个写入/擦除操作的时间为5秒；NAND器件是以8 ~ 32KB的块进行的，执行相同的操作最多只需要4ms。
• NOR的读速度比NAND要稍快些。
• NOR可以在片内执行程序。
• NAND的写入速度要比NOR快很多。
• 大多数写入操作需要先将进行擦除操作，NOR要求在进行擦除前先将目标块内所有的位写为1。
• NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。

5.4 NOR Flash和NAND Flash接口对比

• NOR Flash带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易存取其内部的每个字节。
• NAND Flash使用复杂的I/O来串行地存取数据，各个产品或厂商的方法可能各个不相同。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。

6. 总结

作为合格的嵌入式工程师，内存的概念及应用场景是必需了解的知识点。了解内存的概念，可以更方便得熟悉整个系统的架构。