常用存储器(ROM/RAM/FLASH/SDRAM/SRAM/DDR/EEPROM/emmc)

单片机 ROM /RAM/FLASH区别

1.ROM,RAM和FLASH在单片机中的作用

ROM——存储固化程序的（存放指令代码和一些固定数值，程序运行后不可改动）
c文件及h文件中所有代码、全局变量、局部变量、’const’限定符定义的常量数据、startup.asm文件中的代码（类似ARM中的bootloader或者X86中的BIOS，一些低端的单片机是没有这个的）通通都存储在ROM中。

RAM——程序运行中数据的随机存取（掉电后数据消失）
整个程序中，所用到的需要被改写的量，都存储在RAM中，“被改变的量”包括全局变量、局部变量、堆栈段。

FLASH——存储用户程序和需要永久保存的数据。

例如：现在家用的电子式电度表，它的内核是一款单片机，该单片机的程序就是存放在ROM里的。电度表在工作过程中，是要运算数据的，要采集电压和电流，并根据电压和电流计算出电度来。电压和电流时一个适时的数据，用户不关心，它只是用来计算电度用，计算完后该次采集的数据就用完了，然后再采集下一次，因此这些值就没必要永久存储，就把它放在RAM里边。然而计算完的电度，是需要永久保存的，单片机会定时或者在停电的瞬间将电度数存入到FLASH里。

2.ROM,RAM和FLASH在单片中的运作原理

1、程序经过编译、汇编、链接后，生成hex文件；
2、用专用的烧录软件，通过烧录器将hex文件烧录到ROM中
注：这个时候的ROM中，包含所有的程序内容：一行一行的程序代码、函数中用到的局部变量、头文件中所声明的全局变量，const声明的只读常量等，都被生成了二进制数据。

疑问：既然所有的数据在ROM中，那RAM中的数据从哪里来么时候CPU将数据加载到RAM中不会是在烧录的时候，已经将需要放在RAM中数据烧录到了RAM中br> 答：
（1）ROM是只读存储器，CPU只能从里面读数据，而不能往里面写数据，掉电后数据依然保存在存储器中；RAM是随机存储器，CPU既可以从里面读出数据，又可以往里面写入数据，掉电后数据不保存，这是条永恒的真理，始终记挂在心。

（2）RAM中的数据不是在烧录的时候写入的，因为烧录完毕后，拔掉电源，当再给MCU上电后，CPU能正常执行动作，RAM中照样有数据，这就说明：RAM中的数据不是在烧录的时候写入的，同时也说明，在CPU运行时，RAM中已经写入了数据。

3、ROM中包含所有的程序内容，在MCU上电时，CPU开始从第1行代码处执行指令。这里所做的工作是为整个程序的顺利运行做好准备，或者说是对RAM的初始化（注：ROM是只读不写的），工作任务有几项：

（1）为全局变量分配地址空间—如果全局变量已赋初值，则将初始值从ROM中拷贝到RAM中，如果没有赋初值，则这个全局变量所对应的地址下的初值为0或者是不确定的。当然，如果已经指定了变量的地址空间，则直接定位到对应的地址就行，那么这里分配地址及定位地址的任务由“连接器”完成。
（2）设置堆栈段的长度及地址—用C语言开发的单片机程序里面，普遍都没有涉及到堆栈段长度的设置，但这不意味着不用设置。堆栈段主要是用来在中断处理时起“保存现场”及“现场还原”的作用，其重要性不言而喻。而这么重要的内容，也包含在了编译器预设的内容里面，确实省事，可并不一定省心。
（3）分配数据段data，常量段const，代码段code的起始地址——代码段与常量段的地址可以不管，它们都是固定在ROM里面的，无论它们怎么排列，都不会对程序产生影响。但是数据段的地址就必须得关心。数据段的数据时要从ROM拷贝到RAM中去的，而在RAM中，既有数据段data,也有堆栈段stack，还有通用的工作寄存器组。通常，工作寄存器组的地址是固定的，这就要求在绝对定址数据段时，不能使数据段覆盖所有的工作寄存器组的地址。必须引起严重关注。

注：这里所说的“第一行代码处”，并不一定是你自己写的程序代码，绝大部分都是编译器代劳的，或者是编译器自带的demo程序文件。因为，你自己写的程序（C语言程序）里面，并不包含这些内容。高级一点的单片机，这些内容，都是在startup的文件里面。
4、普通的flashMCU是在上电时或复位时，PC指针里面的存放的是“0000”，表示CPU从ROM的0000地址开始执行指令，在该地址处放一条跳转指令，使程序跳转到_main函数中，然后根据不同的指令，一条一条的执行，当中断发生时（中断数量也很有限，2~5个中断），按照系统分配的中断向量表地址，在中断向量里面，放置一条跳转到中断服务程序的指令，如此，整个程序就跑起来了。决定CPU这样做，是这种ROM结构所造成的。过程中中C语言编译器作了很多的工作，可仔细阅读编译器自带的help文件进行学习。

存储器概述

电路设计离不开存储器器件，对于一个电路系统而言，一般包含以下几种存储器：EEPROM，FLASH，SDRAM（或DDR2，SDRAM，DDR3，SDRAM等），在高性能系统中，还包括ZBT SRAM（或DDR SRAM，QDR SRAM等）。
其中EEPROM一般用于存储单板信息（如单板名称，厂家名称，单板版本 ，单板序列 等）；
Flash用于存储底层驱动代码，软件代码等；
SDRAM等用于大容量的缓存；
ZBT SRAM等用于高吞吐率小容量的存储；

每个SRAM存储单元由六个MOS管组成，功耗大，集成度低，但由于内部采用了双稳态触发器，也无需不断地对内部存储地内容进行刷新。

2）DRAM
DRAM地优点是集成度高，功耗小，价格低。
缺点是即便器件不掉电，存储内容也只能保持很短地时间，需不断地被刷新。
典型地DRAM结构图如下：

DDR SDRAM

DDR指双倍速率（Double Data Rate），DDR SDRAM与SDRAM的基本结构是相似的，最基本的区别在于DDR SDRAM支持在一个时钟周期内传输两次数据，这是通过接口结构的改进而实现的。

DDR SDRAM采用2倍预取架构，即芯片内部能以两倍于时钟运行的速率预取数据，从而使得芯片内核工作速率仅为外部数据传输率的一半。
SDRAM采用1倍预取架构，即芯片内核工作速率与外部数据传输速率相同。
内核工作速率越高，芯片工艺越复杂，基于这种工艺的限制，不可能快速地提高芯片内核工作速率。在相同地内核工作速率下，DDR SDRAM地外部数据传输速率为SDRAM的两倍，从而提高存储器的传输效率。
例如，在DDR SDRAM和SDRAM的外部数据传输速率为400Mbps的情况下，对于DDR SDRAM，其内核工作速率仅需要200MHZ，而对于SDRAM，其内核工作速率需要为400MHZ。
利用这项技术，DDR SDRAM可以在不提高内核工作速率的前提下（即无需对芯片做大的技术革新），大大提高外部数据传输速率，从而获取更高的性能。

DDR SDRAM与SDRAM硬件设计上的区别

1. 时钟信 。SDRAM的时钟信 CLK为单端信 ，而DDR SDRAM则采用差分对时钟信 CK/CK#
2. 信 电平。SDRAM采用LVTTL电平，接口信 为单端信 ，而DDR SDRAM采用SSTL-2电平，接口信 本质上属于差分对。
3. 电源。两种存储器的电源引脚都分为Vdd和Vddq，一般这两种引脚均可采用同一电源供电，但SDRAM的电源为3.3V，而DDR SDRAM的电源为2.5V。
4. 电源种类。SDRAM仅需3.3V电源，而DDR SDRAM需三种电源：给Vdd/Vddq供电的2.5V，给Vref供电的1.25V，以及给SSTL-2终结电路供电的Vtt电源1.25V。
5. 时序测试。对地址信 、控制信 ，SDRAM和DDR SDRAM的时序测试方法相同，对数据信 ，SDRAM为单边沿采样，DDR SDRAM为双边沿采样，且时序参考信 DQS而不是时钟信 。
6. 输出信 驱动能力。DDR SDRAM输出信 的驱动能力可被设置为强驱动或者弱驱动两种模式，SDRAM则不能设置。

DDR2

DDR2（Double Data Rate2, 两倍数据速率，版本2）SDRAM
与DDR SDRAM相比，虽然其仍保持了一个时钟周期完成两次数据传输的特性，但DDR2 SDRAM在数据传输率，延时，功耗等方面有了显著提高。

DDR2 SDRAM的技术更新
DDR SDRAM的数据预取能力是2，即芯片内部能以两倍于时钟的速度来预取数据，这使得芯片内核工作频率仅需要外部数据传输率的一半。对此，DDR2 SDRAM做了进一步的改进，其数据预取能力为4，使得芯片内核工作频率仅需要为外部数据传输率的1/4。而对于SDRAM，芯片内核工作频率等于外部数据传输速率。所以，同样内核工作频率下，DDR SDRAM的数据传输率比SDRAM高一倍，而DDR SDRAM的数据传输率又比DDR SDRAM高一倍。
例如，在DDR2 和DDR SDRAM的外部数据传输率都为400Mbps的情况下，对于DDR2 SDRAM而言，其内核工作频率仅为100MHZ，而对于DDR SDRAM，其内核工作频率为200MHZ。如果是SDRAM，其内核频率需达到400MHZ，才能提供400Mbps的外部数据传输率，正是因为如此高的内核频率无法在技术和工艺上得到实现，因此SDRAM的数据传输率无法达到400Mbps。
利用这项技术，DDR2 SDRAM可以在不提高内核工作频率的前提下（即无需对芯片做大的技术革新），大大提高外部数据传输速率。

SRAM

DRAM的性能在很大程度上受刷新操作的影响，而SRAM则不涉及刷新，因此在相同时钟频率的条件下，SRAM的性能远高于DRAM。
SRAM的缺点是集成度低，容量小，功耗大，价格高。
在应用的场合上，SRAM毫不逊色于DRAM。CPU的高速缓存（如 一级缓存；二级缓存）即为SRAM，相比CPU外部1GB，甚至2GB 的DRAM存储器，CPU内SRAM的容量则小得多，且CPU内部SRAM容量的大小，在很大程度上决定了CPU性能的高低。
SRAM分为同步SRAM与异步SRAM两大类，同步SRAM街道读写指令后，需参考外部时钟信 的边沿才能发起操作，而异步SRAM则无需外部时钟，只要接到读写指令立即开始工作。
在高速电路设计中，ZBT SRAM和QDRII SRAM是常用的SRAM，这两种SRAM都属于同步SRAM。

Flash

电路设计中，一般采用Flash存储大容量的底层驱动程序或软件程序。
目前常用的FLASH 芯片有NOR 和 NAND两种规格。
NOR FLASH和NAND FLASH 的区别列举如下：
（1）信 线区别：NOR FLASH有独立的地址、数据引脚，与SRAM类似；而NAND FLASH的地址、数据引脚是复用的。
（2）读取方式： NOR FLASH的应用特点是片上运行，即，由于其读取方便，程序可直接在FLASH中运行，而无需导入SDRAM等高速存储器件，适合于引导程序的存储。NAND FLASH的应用特点是高密度大容量，适合于大规模容量软件的存储，如上层应用软件的存储，但由于其地址、数据引脚复用在一起，操作时，需使用专门的驱动代码将读取指令转换为NAND FLASH可以识别的指令，读取操作复杂，运行时，需将软件程序导入SDRAM等器件后再执行。
（3）编程方式：NOR FLASH的擦除和写入速度较慢，达到秒级；而NAND FLASH的擦鞋和写入速度快，仅为毫秒级；NOR FLASH 和NAND FLASH均可对片内某个块（block）单独擦除，同时保留其他地址空间的存储内容，不过，NAND FLASH的擦除单元块相对更小。
（4）存储容量：基于同样的价格，NAND FLASH的容量更大。

FLASH 是易损器件，设计中注意事项：
（1）ESD。调试和生产时，若不采取防静电措施，FLASH器件极易遭到损坏，设计时，应尽量使FLASH远离单板边缘。
（2）机械损坏。由于FLASH器件较薄，且横截面积相对较大，容易遭到机械损坏，设计时应注意FLASH器件不能布放在单板易弯曲处。

EEPROM

EEPROM常用于单板信息的存储（如单板名称、厂家名称、单板版本 、单板序列 等），EEPROM在应用上的特点是：容量小（SDRAM的存储容量一般为几百兆至几吉比特位；FLASH的容量一般为几百兆位，而EEPROM的存储容量一般仅为几千比特位）、非易失、读取方便（使用IIC总线）。
ATMEL公司的AT24C系列EEPROM器件：
AT24C01 1Kbit
AT24C02 2Kbit
AT24C04 4Kbit
AT24C08 8Kbit
AT24C16 16Kbit

NorFlash、NandFlash、eMMC闪存的比较与区别

NorFlash

NOR Flash需要很长的时间进行抹写，但是它提供完整的寻址与数据总线，并允许随机存取存储器上的任何区域，这使的它非常适合取代老式的ROM芯片。当时ROM芯片主要用来存储几乎不需更新的代码，例如电脑的BIOS或机上盒(Set-top Box)的固件。NOR Flash可以忍受一万到一百万次抹写循环，它同时也是早期的可移除式快闪存储媒体的基础。CompactFlash本来便是以NOR Flash为基础的，虽然它之后跳槽到成本较低的 NAND Flash。

NandFlash

NAND Flash式东芝在1989年的国际固态电路研讨会(ISSCC)上发表的， 要在NandFlash上面读写数据，要外部加主控和电路设计。
NAND Flash具有较快的抹写时间, 而且每个存储单元的面积也较小，这让NAND Flash相较于NOR Flash具有较高的存储密度与较低的每比特成本。同时它的可抹除次数也高出NOR Flash十倍。然而NAND Flash 的I/O接口并没有随机存取外部地址总线，它必须以区块性的方式进行读取，NAND Flash典型的区块大小是数百至数千比特。
因为多数微处理器与微控制器要求字节等级的随机存取，所以NAND Flash不适合取代那些用以装载程序的ROM。从这样的角度看来，NAND Flash比较像光盘、硬盘这类的次级存储设备。NAND Flash非常适合用于储存卡之类的大量存储设备。第一款创建在NAND Flash基础上的可移除式存储媒体是SmartMedia，此后许多存储媒体也跟着采用NAND Flash，包括MultiMediaCard、Secure Digital、Memory Stick与xD卡。

EMMC

emmc存储器eMMC (Embedded Multi Media Card) 为MMC协会所订立的，eMMC 相当于 NandFlash+主控IC ，对外的接口协议与SD、TF卡一样，主要是针对手机或平板电脑等产品的内嵌式存储器标准规格。eMMC的一个明显优势是在封装中集成了一个控制器，它提供标准接口并管理闪存，使得手机厂商就能专注于产品开发的其它部分，并缩短向市场推出产品的时间。这些特点对于希望通过缩小光刻尺寸和降低成本的NAND供应商来说，同样的重要。
eMMC由一个嵌入式存储解决方案组成，带有MMC（多媒体卡）接口、快闪存储器设备（Nand Flash）及主控制器，所有都在一个小型的BGA 封装。接口速度高达每秒52MBytes，eMMC具有快速、可升级的性能。同时其接口电压可以是 1.8v 或者是 3.3v。
现在很多智能电视已经逐步抛弃Nor或Nand，使用更为先进的eMMC芯片，然而普通编程器无法读写eMMC芯片，新开发的可支持eMMC芯片烧写的编程器性价比高，还能支持Nor、Nand芯片，支持全面、功能强大

整理自《高速电路设计实践》