《嵌入式系統(tǒng)存儲器》課件

嵌入式系統(tǒng)存儲器課程介紹課程目標了解嵌入式系統(tǒng)存儲器的基本概念、分類、性能指標和管理方法。課程內(nèi)容涵蓋存儲器概述、分類、性能指標、存儲器類型選擇、管理方法、優(yōu)化設計和未來發(fā)展趨勢等內(nèi)容。課程評估嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)的特點1專用性針對特定應用設計，功能單一，效率高。2實時性對事件響應速度要求高，需要及時處理外部輸入，并產(chǎn)生相應的輸出。3資源受限內(nèi)存、存儲空間和處理能力有限，需要精簡設計，以提高效率和節(jié)省資源?？煽啃砸蟾咔度胧较到y(tǒng)的應用領域消費電子智能手機、平板電腦、智能電視、游戲機等。工業(yè)自動化機器人、數(shù)控機床、生產(chǎn)線控制系統(tǒng)等。汽車電子汽車導航系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)等。醫(yī)療設備醫(yī)療影像設備、生命體征監(jiān)測儀、手術機器人等。存儲器概述存儲器是計算機系統(tǒng)中必不可少的組成部分，用于存儲數(shù)據(jù)和程序指令。存儲器根據(jù)其訪問速度、成本、容量和功能等因素進行分類。存儲器的分類按訪問速度存儲器根據(jù)訪問速度可分為主存儲器和輔助存儲器。按存儲介質(zhì)存儲器根據(jù)存儲介質(zhì)可分為半導體存儲器、磁性存儲器和光學存儲器。按功能存儲器根據(jù)功能可分為RAM、ROM、緩存和閃存等。固態(tài)存儲器固態(tài)存儲器是一種以集成電路為存儲介質(zhì)的存儲器，其主要優(yōu)點是速度快、體積小、重量輕、功耗低、抗震性能好等。半導體存儲器半導體存儲器是指以半導體材料作為存儲介質(zhì)的存儲器，其主要類型包括RAM和ROM。RAM存儲器RAM存儲器（隨機存取存儲器）是一種可以隨機訪問的存儲器，用于存儲正在運行的程序和數(shù)據(jù)。RAM的特點是讀寫速度快，但斷電后數(shù)據(jù)會丟失。ROM存儲器ROM存儲器（只讀存儲器）是一種只能讀取數(shù)據(jù)的存儲器，用于存儲系統(tǒng)啟動程序、固件等不可修改的數(shù)據(jù)。ROM的特點是數(shù)據(jù)在寫入后就固定不變，斷電后數(shù)據(jù)也不會丟失。閃存閃存是一種非易失性存儲器，可以像ROM一樣保持數(shù)據(jù)，也可以像RAM一樣進行讀寫。閃存的特點是讀寫速度較快，功耗低，但壽命有限，寫入次數(shù)過多會降低存儲性能。擴展ROM擴展ROM是指可擦除可編程只讀存儲器，可以對存儲數(shù)據(jù)進行多次寫入。擴展ROM的特點是需要特殊的設備進行擦除和編程，寫入速度較慢。外部存儲器外部存儲器是指用于存儲數(shù)據(jù)和程序的外部設備，例如硬盤、光盤、U盤等。外部存儲器的容量一般比較大，價格相對便宜，但訪問速度比主存儲器慢。磁性存儲器磁性存儲器以磁性材料作為存儲介質(zhì)，例如硬盤、磁帶等。磁性存儲器的特點是容量大、價格便宜，但訪問速度較慢，容易受到磁場干擾。光學存儲器光學存儲器以光盤作為存儲介質(zhì)，例如CD、DVD、藍光光盤等。光學存儲器的特點是容量大、價格便宜，但訪問速度較慢，易受劃傷和臟污影響。存儲器訪問方式存儲器訪問方式是指CPU訪問存儲器數(shù)據(jù)的模式，根據(jù)訪問方式的不同，存儲器可分為順序訪問、隨機訪問、直接存儲訪問和總線訪問等。順序訪問順序訪問是指存儲器只能按照順序訪問數(shù)據(jù)，即要訪問某個數(shù)據(jù)，必須先訪問它前面的所有數(shù)據(jù)，例如磁帶存儲器。隨機訪問隨機訪問是指存儲器可以隨機訪問任何一個數(shù)據(jù)，不需要順序訪問前面的數(shù)據(jù)，例如RAM存儲器。直接存儲訪問直接存儲訪問是指CPU可以通過總線直接訪問存儲器，無需通過操作系統(tǒng)或其他中間層，例如DMA傳輸?？偩€訪問總線訪問是指存儲器通過總線與CPU和其他設備進行數(shù)據(jù)傳輸，總線是計算機系統(tǒng)中不同組件之間進行通信的橋梁。存儲器性能指標存儲器性能指標用于評估存儲器的性能和效率，主要包括存儲容量、訪問時間、數(shù)據(jù)帶寬、功耗、可靠性和成本等。存儲容量存儲容量是指存儲器可以存儲數(shù)據(jù)的最大數(shù)量，單位通常為字節(jié)(B)、千字節(jié)(KB)、兆字節(jié)(MB)、吉字節(jié)(GB)和太字節(jié)(TB)等。訪問時間訪問時間是指從CPU發(fā)出訪問請求到存儲器返回數(shù)據(jù)所需的時間，單位通常為納秒(ns)或微秒(μs)。訪問時間越短，存儲器速度越快。數(shù)據(jù)帶寬數(shù)據(jù)帶寬是指存儲器在單位時間內(nèi)所能傳輸數(shù)據(jù)的最大數(shù)量，單位通常為字節(jié)每秒(B/s)或兆字節(jié)每秒(MB/s)。數(shù)據(jù)帶寬越高，存儲器效率越高。功耗功耗是指存儲器在工作時消耗的能量，單位通常為瓦特(W)或毫瓦(mW)。功耗越低，存儲器能效越高，更節(jié)能?？煽啃钥煽啃允侵复鎯ζ髟诠ぷ鬟^程中保持正常功能的能力，通常用MTBF(平均故障間隔時間)來衡量。MTBF越長，存儲器可靠性越高。成本成本是指存儲器的價格，單位通常為元或美元。存儲器成本受多種因素影響，包括存儲容量、存儲類型、制造工藝等。存儲器類型選擇選擇合適的存儲器類型對于嵌入式系統(tǒng)設計至關重要，需要根據(jù)應用需求、成本、性能、可靠性和與處理器的接口等因素進行綜合考慮。應用需求根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的應用需求，例如實時性、數(shù)據(jù)量、功耗等因素，選擇合適的存儲器類型。例如，對于需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?，可以選擇SRAM或SDRAM。成本考慮存儲器的成本，選擇性價比高的存儲器類型。例如，對于對成本敏感的應用，可以選擇成本較低的NORFlash或NANDFlash。性能根據(jù)應用對性能的要求，選擇合適的存儲器類型。例如，對于需要高速讀寫性能的應用，可以選擇SRAM或SDRAM?？煽啃愿鶕?jù)應用對可靠性的要求，選擇合適的存儲器類型。例如，對于需要高可靠性的應用，可以選擇eMMC或SD卡等。與處理器的接口選擇與嵌入式系統(tǒng)處理器接口兼容的存儲器類型，確保處理器可以正常訪問存儲器。嵌入式系統(tǒng)的存儲器管理存儲器管理是嵌入式系統(tǒng)軟件設計的重要環(huán)節(jié)，旨在有效地管理和利用有限的存儲資源，提高系統(tǒng)效率和可靠性。存儲器分配存儲器分配是指將存儲器空間分配給不同的程序和數(shù)據(jù)，以確保它們在內(nèi)存中正常運行。存儲器分配算法需要根據(jù)不同的需求，例如程序大小、運行時間等，進行合理分配。緩存技術緩存技術是指在主存儲器和CPU之間增加一個高速緩存，用于存儲常用的數(shù)據(jù)和指令，以減少訪問主存儲器的時間，提高系統(tǒng)性能。頁式管理頁式管理是一種虛擬內(nèi)存技術，它將程序代碼和數(shù)據(jù)劃分為固定大小的頁面，并將其存儲在磁盤上。當CPU需要訪問某個頁面時，操作系統(tǒng)會將該頁面從磁盤加載到內(nèi)存中。虛擬存儲器虛擬存儲器是指使用硬盤空間來擴展主存儲器容量的技術，可以使程序運行時需要的內(nèi)存容量超過實際內(nèi)存容量。存儲器優(yōu)化設計存儲器優(yōu)化設計是指通過各種手段來提高存儲器的性能、降低功耗、增加容量和提高可靠性，以滿足嵌入式系統(tǒng)的不同需求。降低功耗降低功耗是嵌入式系統(tǒng)存儲器設計的重要目標，可以通過采用低功耗存儲器、優(yōu)化存儲器管理算法、降低訪問頻率等措施來實現(xiàn)。提高速度提高存儲器速度可以顯著提高嵌入式系統(tǒng)的性能，可以通過使用高速存儲器、優(yōu)化存儲器訪問路徑、降低訪問延遲等措施來實現(xiàn)。增加容量增加存儲器容量可以存儲更多數(shù)據(jù)和程序，可以通過使用更大容量的存儲器、采用數(shù)據(jù)壓縮技術、優(yōu)化存儲器分配算法等措施來實現(xiàn)。提高可靠性提高存儲器可靠性可以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行，可以通過采用冗余設計、數(shù)據(jù)校驗、錯誤糾正等措施來實現(xiàn)。案例分析本節(jié)將通過案例分析來演示嵌入式系統(tǒng)存儲器設計的實際應用，例如如何根據(jù)不同的應用需求，選擇合適的存儲器類型和配置，并優(yōu)化存儲器管理方法。單片機系統(tǒng)存儲器設計以單片機系統(tǒng)為例，介紹如何設計存儲器系統(tǒng)，包括容量評估、類型選擇、存儲器分配和優(yōu)化方案等。存儲器容量評估根據(jù)單片機系統(tǒng)的應用需求，例如程序大小、數(shù)據(jù)量等，評估所需的存儲器容量。需要考慮存儲器類型、成本、性能等因素。存儲器類型選擇根據(jù)單片機系統(tǒng)的性能要求和成本限制，選擇合適的存儲器類型，例如SRAM、SDRAM、NORFlash、NANDFlash等。存儲器優(yōu)化方案針對單片機系統(tǒng)的存儲器設計，提出優(yōu)化方案，例如使用數(shù)據(jù)壓縮技術、優(yōu)化存儲器分配算法、使用緩存技術等。未來存儲器技術發(fā)展趨勢隨著科技的不斷發(fā)展，未來存儲器技術將不斷突破，以滿足不斷增長的存儲需求和性能要求，例如3D存儲器、非易失性存儲器、低功耗存儲器等。3D存儲器3D存儲器是指將存儲單元堆疊在