嵌入式系统与软件2.ppt

《嵌入式系统与软件2.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《嵌入式系统与软件2.ppt（101页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、1,嵌入式系统硬件,2,嵌入式硬件系统组成,嵌入式系统的硬件是以嵌入式微处理器为核心主要由嵌入式微处理器、总线、存储器、输入/输出接口和设备组成,3,嵌入式微处理器的体系结构,嵌入式微处理器体系结构可采用冯 诺依曼(Von Neumann)结构或哈佛(Harvard)结构冯 诺依曼结构：指令和数据存放在同一存储器中，数据线与指令线分时复用，取指令和取数据不能同时进行，速度受限。哈佛结构：指令和数据存放在不同的存储器中，指令计数器PC只指向指令存储器，而不指向数据存储器，数据线和指令线分离，因此取指和取数据可同时进行，速度较快。,4,5,嵌入式微处理器的指令系统,指令系统可采用精简指令集系统RI

2、SC或复杂指令集系统CISC,6,7,嵌入式微处理器,经过近20年的发展，嵌入式微处理器的集成度、主频、位数都得到了提高,8,嵌入式微处理器分类,按位数可分为4位、8位、16位、32位和64位。16位以下的嵌入式微处理器一般称为嵌入式微控制器（MCU）。32位以上的称为嵌入式微处理器。,9,嵌入式微处理器分类,按用途来分，嵌入式微处理器可分为四种：嵌入式微处理器：由通用计算机的CPU演变而来，不同的是只保留了和嵌入式以后能够用紧密相关的功能硬件，去除了其他冗余功能，并配上了必要的外围扩展电路，减小了体积和功耗。嵌入式微控制器：又称单片机，一般以一种微处理器为核心，片内集成了ROM、EPROM、

3、RAM、总线、总线逻辑、定时器、计数器、I/O等。嵌入式DSP处理器：专用于数字信号处理，采用哈佛结构，采用一系列措施保证数字信号的处理速度，如对FFT（快速傅立叶变换）的专门优化。嵌入式片上系统SoC：又系统级芯片，在一个硅片上实现了一个更为复杂的计算机系统。,10,嵌入式微处理器的特点,基础是通用微处理器与通用微处理器相比其区别：体积小、重量轻、成本低、可靠性高功耗低工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面增强,11,嵌入式微处理器的特点,集成度高（Higher Integration）嵌入式微处理器除了集成CPU核心、Cache、MMU、总线等部分外，还集成了各种外部接口和设备，如中断控制器、

4、DMA、定时器、UART(通用异步收发器，功能：将计算机内部传送的并行数据转换为输出的串行数据流，而将外部送来的串行数据流转换为字节，供计算机使用)等。这符合嵌入式系统的低成本和低功耗的需求，一块单一的集成了大多数需要的功能块的芯片价格更低，功耗更少。,12,集成度高（Higher Integration）嵌入式微处理器是面向应用的，其片内所包含的组件的数目和种类是由它的市场定位决定的，在最普通的情况下，嵌入式微处理器包括:片内存储器:大多数嵌入式微处理器都具有外部存储器的控制器，外设接口(串/并口)LCD控制器:面向终端类应用中断控制器，DMA控制器，协处理器，定时器，A/D、D/A转换器总

5、线 多媒体加速器:当高级图形功能需要时,嵌入式微处理器的特点,13,集成外围逻辑芯片目前有两种方式:单芯片方式（Single Chip）：如44B0X是用于终端类应用的 芯片组方式（Chip Set）：由微处理器主芯片和一些从芯片组成。主芯片提供计算和基本外围设备的控制功能，从芯片加入了新的接口(LCD控制器、红外线接口、触摸屏功能块等)。,嵌入式微处理器的特点,14,体系结构(Architecture)算术格式（Arithmetic Format）：大多数的嵌入式微处理器使用定点算法（fixed-point arithmetic），这样的芯片比浮点版本的芯片便宜。当嵌入式系统中需要使用浮点运

6、算时，可采用软件模拟的方式实现浮点运算。,嵌入式微处理器的特点,15,体系结构(Architecture)功能单元（Functional Units）:大多数的嵌入式微处理器包括不只一个功能单元，典型的是包含一个ALU(算术逻辑单元，用来进行算术或逻辑运算以及位移循环等操作)、移位器和MAC（乘加运算）处理器通常用一条指令完成乘法操作。流水线（Pipeline）:现在某些嵌入式处理器中同样采用了分支预测技术。,嵌入式微处理器的特点,16,指令集(Instruction Set)为满足应用领域的需要，嵌入式微处理器的指令集一般要针对特定领域的应用进行剪裁和扩充。许多嵌入式微处理器扩展了特定领域的

7、指令，如DSP指令集，这些指令主要有:乘加(MAC)操作:在一个周期中执行了一次乘法运算和一次加法运算 SIMD类操作：允许使用一条指令进行多个并行数据流的计算多媒体加速指令:象素处理、多边形、3D操作等指令,嵌入式微处理器的特点,17,功耗和管理(Power Consumption and Management)在嵌入式系统中功耗是很重要的问题，须仔细考虑。大多数嵌入式系统有功耗的限制(特别是电池供电的系统)，它们不支持使用风扇和其他冷却设备。嵌入式微处理器采用不同的技术来降低功耗:降低工作电压：1.8v甚至更低提供不同的时钟频率：通过软件设置关闭暂时不使用的功能块提供功耗管理机制,嵌入式微

8、处理器的特点,18,具有功耗管理的处理器可以处于如下模式之一:运行模式（Running Mode）：处理器处于全速运行状态下。待命模式(Standby Mode)：处理器不执行指令，所有存储的信息是可用的，处理器能在几个周期内返回运行模式。时钟关闭模式（clock-off mode）：时钟完全停止，要退出这个模式系统需要重新启动。,嵌入式微处理器的特点,19,影响功耗的其他因素还有:总线:特别是总线转换器，可以采用特殊的技术使它的功耗最小存储器的大小:如果使用DRAM，它需要不断的刷新为了使功耗最小，总线和存储器要保持在应用系统可接受的最小规模。,嵌入式微处理器的特点,20,成本(Cost)为

9、降低价格，需要在嵌入式微处理器的设计中考虑不同的折衷方案。处理器的价格受如下因素影响:处理器的特点：功能块的数目、总线类型等 片上存储器的大小芯片的引脚数和封装形式：如PQFP(Plastic Quad Flat Package)通常比BGA(Ball Grid Array Package)便宜。芯片大小（die size）:取决于制造的工艺水平。,嵌入式微处理器的特点,21,主流的嵌入式微处理器,目前主流的嵌入式微处理器系列主要有ARM系列、MIPS系列、PowerPC系列、Super H系列和X86系列等。属于这些系列的嵌入式微处理器产品很多，有上千种以上。,22,Embedded RIS

10、C Processor Shipments嵌入式RISC处理器付运量,Units(millions)单位：百万,Source:Andrew Allison,Inside The New Computer Industry,January 2001资料来源：Andrew Allison机构2001年1月的报告 Inside The New Computer Industry,23,RISC CPU市场,2000 RISC Total Units 539 million2000年RISC总付运量为5.39亿,ARM57.8%,1999,Source:Andrew Allison,Inside Th

11、e New Computer Industry,January 2001资料来源：Andrew Allison机构2001年1月的报告 Inside The New Computer Industry,24,嵌入式微处理器,X86系列：主要由AMD，Intel，NS，ST等公司提供，如：Am186/88、Elan520、嵌入式K6，386EX、STPC等 主要应用在工业控制、通信等领域 国内由于对X86体系比较熟悉，得到广泛应用，特别是嵌入式PC的应用非常广泛。,x86系列：比较,x86系列：比较（续）,27,嵌入式微处理器,MPC/PPC系列：Motorola推出的MPC系列，如MPC8XX

12、IBM推出PPC系列，如PPC4XX主要应用在通信及消费电子领域,28,ARM系列,ARM(Advanced RISC Machine)公司是一家专门从事芯片IP核设计与授权业务的英国公司，其产品有ARM内核以及各类外围接口。ARM内核是一种32位RISC微处理器，具有功耗低、性价比高、代码密度高等三大特色。目前，70%的移动电话、大量的游戏机、手持PC和机顶盒等都已采用了ARM处理器，许多一流的芯片厂商都是ARM的授权用户（Licensee），如Intel、Samsung、TI、Motorola、ST等，ARM已成为业界公认的嵌入式微处理器标准。,29,ARM微处理器,30,ARM微处理器,

13、经过近20年的发展，ARM体系结构已经发展得日趋成熟，功能也越来越强，应用领域也越来越广泛 从最初到现在，已经有五个主要的版本：ARMv1、ARMv2、ARMv3、ARMv4、ARMv5。ARMv1系列的CPU主要还是作为研究之用。后面几种都得到了较为广泛的应用，特别是ARMv4系列的CPU目前仍然是ARM芯片的主要开发版本,31,ARM V1,支持基本数据运算指令，但不支持乘法指令支持字节、字、多字的数据读写指令支持分支指令，包括branch-and-link（带连接的分支）指令以用于函数调用支持软中断指令，可以用于OS的系统调用寻址空间为26bits,32,ARM V2,ARMv2除了支持

14、ARMv1的指令外还扩展了:乘法和乘法累加指令提供协处理器支持在FIQ模式提供多个影子寄存器提供原子性的load-and-store指令SWP(单一数据交换,传送一个字)和SWPB（单一数据交换,传送一个字节）FIQ：快速中断模式，用来处理发起快速中断的外设。IRQ 和 FIQ 之间的区别是对于 FIQ 你必须尽快处理你事情并离开这个模式。IRQ 可以被 FIQ 所中断但 IRQ 不能中断 FIQ。,33,ARM V3,提供32bits的寻址空间增加了CPSR（当前程序状态寄存器）和SPSR（当前程序状态寄存器的影子寄存器）寄存器除与ARMv2的指令兼容外，还提供了MRS（传送状态标志到一个寄

15、存器）和MSR（传送一个寄存器的内容到状态标志）用于存取CPSR和SPSR增加了两种CPU模式：Abort和Undefined,34,ARM V4,ARMv4除了支持ARMv3的指令外还扩展了:支持halfword的存取 支持byte和halfword的符号扩展读 支持Thumb指令(ARM指令压缩形式的子集)提供Thumb和Normal状态的转换指令 进一步明确了会引起Undefined异常的指令 对以前的26bits体系结构的CPU不再兼容,35,ARM V5,在ARMv4基础上增加了下列功能：改进了Thumb和Normal状态的切换效率 增加了count-leading-zeros指令

16、增加了软件断点指令 增加了协处理器指令的可选范围 更明确了乘法指令对标志寄存器的设置,36,ARM微处理器,目前ARM处理器主要有5大系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10、SecurCore此外还有与Intel合作实现的StrongARM和XScale处理器，性能从30MIPS到120MIPS不等。,37,38,39,指令流水线,为增加处理器指令流的速度，ARM系列使用流水线。允许多个操作同时处理，而非顺序执行。PC指向正被取指的指令，而非正在执行的指令,40,最佳流水线,该例中用6个时钟周期执行了6条指令所有的操作都在寄存器中（单周期执行）指令花费的平均周期数(CPI)=1,41

17、,ARM920T,ARM920T基于ARM9TDMI核，ARM9TDMI核提供简单的总线接口，允许用户设计自己的Cache和存储系统，可以作为单独的核嵌入到目标系统。ARM处理器广泛采用AMBA总线结构,42,什么是TDMI?,T Thumb 架构扩展，提供两个独立的指令集：ARM 指令，均为32位Thumb指令，均为16位两种运行状态，用来选择哪个指令集被执行D 内核具有Debug扩展结构M 内嵌硬件乘法器I EmbeddedICE 逻辑，支持片上断点和调试点。,43,ARM920T的结构框图,44,ARM920T的工作状态,ARM状态：32位，执行字对准的ARM指令；Thumb状态：16位

18、，执行半字对准的Thumb指令。,45,ARM920T的运行模式,支持7种运行模式；运行模式可以通过软件控制改变；外部中断或异常处理也可以引起模式发生改变。,46,47,共有37个32位寄存器：31个通过寄存器，包括程序计数器PC；6个状态寄存器。,ARM920T的寄存器结构,48,ARM920T的存储系统,地址空间ARM体系结构采用232个8位字节的单一、线性地址空间；每个字的地址是字对准的，地址低两位为00；字对准地址是A的字由地址A、A+1、A+2和A+3的4个字节组成。,49,ARM920T的存储系统,存储器格式 ARM体系结构可以用两种方法存放数据，即大端格式和小端格式：大端格式：较

19、高的有效字节存放在较低的存储器地址，较低的有效字节存放在较高的存储器地址；小端格式：较高的有效字节存放在较高的存储器地址，较低的有效字节存放在较低的存储器地址。,50,51,采用5级流水线：取指；译码；执行；访存；写回。,ARM920T的流水线结构,52,MIPS系列,MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器MIPS的意思是“无互锁流水级的微处理器”(Microprocessor without interlocked piped stages)其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题MIPS处理器是由斯坦福（Stanford）大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的,53

20、,MIPS系列,1984年MIPS计算机公司成立1986年推出R2000处理器1988年推出R3000处理器1991年推出第一款64位商用微处理器R40001992年，SGI收购了MIPS计算机公司之后，该公司又陆续推出R8000（于1994年）、R10000（于1996年）和R12000（于1997年）等型号的处理器。1998年，MIPS脱离SGI成为MIPS技术公司之后，其战略发生变化，把重点放在了嵌入式系统上。,54,MIPS系列,1999年，MIPS公司发布MIPS 32和MIPS 64架构标准，为未来MIPS处理器的开发奠定了基础新的架构集成了所有原来的MIPS指令集，并且增加了许多

21、更强大的功能。和ARM公司一样，MIPS公司本身并不从事芯片的生产活动（只进行设计），不过其他公司如果要生产该芯片的话必须得到MIPS公司的许可。,55,MIPS系列,MIPS指令集体系ISA(MIPS Instruction Set Architecture)从最早的MIPS I ISA开始发展，到MIPS V ISA，再到现在的MIPS32和MIPS64结构，其所有版本都是与前一个版本兼容的。在MIPS III的ISA中，增加了64位整数和64位地址。在MIPS IV和MIPS V的ISA中增加了浮点数的操作等。,56,MIPS系列,MIPS指令集体系ISA(MIPS Instructio

22、n Set Architecture)MIPS I MIPS V MIPS32和MIPS64结构，其所有版本都是与前一个版本兼容的。MIPS32和MIPS64体系是为满足高性能、成本敏感的需求而设计的。MIPS32体系是基于MIPS II的,并从MIPS III、MIPS IV和MIPS V中选择一些指令以增强数据和代码的有效操作。MIPS64体系是基于MIPS V并与MIPS32体系兼容的。,57,总线的基本概念,总线是CPU与存储器和设备通信的机制，是计算机各部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通道。总线分类：按相对于CPU位置划分：片内总线或内部总线：连接CPU内部各主要功能部件片外总

23、线：CPU与存储器（RAM和ROM）和I/O接口之间进行信息交换的通道按功能和信号类型：数据总线Dbus;地址总线Abus;控制总线Cbus;,58,总线的基本概念,总线的主要参数总线宽度：又称总线位宽，指的是总线能同时传送数据的位数。如16位总线就是具有16位数据传送能力。总线频率：总线工作速度的一个重要参数，工作频率越高，速度越快。通常用MHZ表示总线带宽：又称总线的数据传送率，是指在一定时间内总线上可传送的数据总量，用每秒最大传送数据量来衡量。总线带宽越宽，传输率越高 总线带宽=（总线宽度/8）X 总线频率带宽单位：MB/s；如：总线宽度32位，频率66MHZ，则总线带宽=（32位/8位

24、）*66MHZ=264MB/s,59,总线的基本概念,一个微处理器系统可能含有多条总线。高速设备可以连到高速总线上低速设备可以连到低速总线上桥：总线互联的电路原因：-数据宽度：高速总线通常提供较宽的数据连接-成本：高速总线通常采用更昂贵的电路和连接器-桥允许总线独立操作，这样在I/O操作中可提供某些并行性,60,61,嵌入式系统的总线,嵌入式系统的总线一般集成在嵌入式微处理器中从微处理器的角度来看，总线可分为:片外总线:如PCI、ISA、AMBA的APB等片内总线:如AMBA的AHB和ASB、AVALON、OCP、WISHBONE等选择总线和选择嵌入式微处理器密切相关，总线的种类随不同的微处理

25、器的结构而不同。,62,63,AMBA总线,AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）是ARM 公司研发的一种总线规范，目前为3.0 版本。在AMBA总线规范中，定义了3种总线:AHB(Advanced High-performance Bus)：用于高性能系统模块的连接，支持突发模式数据传输和事务分割；可以有效地连接处理器、片上和片外存储器，支持流水线操作。ASB（Advanced System Bus）：也用于高性能系统模块的连接,由AHB总线替代；APB（Advanced Peripheral Bus）：用于较低性能外设的简单连接，一般

26、是接在AHB或ASB系统总线上的第二级总线。,64,AMBA总线,65,AHB总线,AHB总线主要由主单元、从单元、仲裁器和译码器组成。AHB主单元:只有主单元可在任何时刻使用总线。AHB可以有一个或多个主单元。主单元可以是RISC处理器、DSP以及DMA控制器，以启动和控制总线操作。,66,AHB总线,AHB从单元:可以响应（并非启动）读或写总线操作。总线的从单元可以在给定的地址范围内对读写操作进行相应的反应。从单元向主单元发出成功、失败信号或等待各种反馈信号。从单元通常是其复杂程度不足以成为主单元的固定功能块，例如外存接口、总线桥接口以及任何内存都可以是从单元，系统的其他外设也包含在AHB

27、的从单元中。,67,AHB总线,AHB仲裁器:用来确定控制总线是哪个主单元，以保证在任何时候只有一个主单元可以启动数据传输。一般来说仲裁协议都是固定好的，例如最高优先级方法或平等方法，可根据实际的情况选择适当的仲裁协议。AHB译码器总线译码器用于传输译码工作，提供传输过程中从单元的片选信号。,68,AHB总线,一个典型的AHB总线工作过程，它包括以下两个阶段：地址传送阶段(address phase)：它将只持续一个时钟周期。在HCLK的上升沿数据有效。所有的从单元都在这个上升沿来采样地址信息。数据传送阶段（data phase）：它需要一个或几个时钟周期。可以通过HREADY信号来延长数据传

28、输时间，当HREADY信号为低电平时，就在数据传输中加入等待周期，直到HREADY信号为高电平才表示这次传输阶段结束。,69,APB总线,APB主要由APB桥和APB从单元（Slave）组成，APB桥是APB中唯一的主单元，是AHB/ASB的从单元。APB桥的接口信号如图所示,70,APB总线,APB桥将系统总线AHB/ASB和APB连接起来，并执行下列功能：锁存地址并保持其有效，直到数据传送完成。译码地址并产生一个外部片选信号，在每次传送时只有一个片选信号（PSELx）有效。写传送（write transfer）时驱动数据到APB。读传送（read transfer）时驱动数据到系统总线AH

29、B/ASB。传送时产生定时触发信号PENABLE。,71,PCI总线,嵌入式系统已开始逐步采用微机系统普遍采用的PCI总线，以便于系统的扩展。1991年Intel公司联合世界上多家公司成立的PCISIG协会是国际上微型机界的行业协会，它致力于促进PCI（Peripheral Component Interconnect）总线工业标准的发展。PCI总线规范先后经历了1.0版、2.0版和1995年的2.1版。PCI总线是地址、数据多路复用的高性能32位和64位总线,72,PCI总线,PCI是微处理器与外围控制部件、外围附加板之间的互连机构它规定了互连的协议、电气、机械及配置空间规范，以保证全系统的

30、自动配置在电气方面还专门定义了5V和3.3V信号、环境2.1版本定义了64位总线扩展和66MHz总线时钟的技术规范。从数据宽度上看，PCI 总线有32bit、64bit 之分从总线速度上分，有33MHz、66MHz 两种,73,PCI总线,目前流行的是32bit 33MHz，而64bit 系统正在普及中改良的PCI系统PCI X，最高可以达到64bit 133MHz的数据传输速率。与ISA 总线不同，PCI 总线的地址总线与数据总线是分时复用的，支持即插即用(Plug and Play)、中断共享等功能。分时复用的好处是一方面可以节省接插件的管脚数，另一方面便于实现突发数据传输。,74,PCI

31、总线,数据传输时，由一个PCI 设备做发起者(主控、Initiator或Master)，而另一个PCI 设备做目标(从设备、Target 或Slave)。总线上所有时序的产生与控制都由Master来发起。PCI 总线在同一时刻只能供一对设备完成传输，这就要求有一个仲裁机构，来决定谁有权拿到总线的主控权。,75,PCI总线,32位 PCI 系统的管脚按功能来分有以下几类:(1)系统控制 CLK：PCI 时钟，上升沿有效；RST：Reset信号(2)传输控制 FRAME#：标志传输开始与结束IRDY#：Master 可以传输数据的标志 DEVSEL#：当Slave 发现自己被寻址时设置低电平应答T

32、RDY#：Slave 可以传输数据的标志STOP#：Slave主动结束传输数据；IDSEL：在即插即用系统启动时用于选中板卡的信号。,76,PCI总线,(3)地址与数据总线 AD 31:0：地址/数据分时复用总线；C/BE#3:0：命令/字节使能信号；PAR：奇偶校验信号。(4)仲裁信号 REQ#：Master 用来请求总线使用权；GNT#：仲裁机构允许Master得到总线使用权(5)错误报告 PERR#：数据奇偶校验错；SERR#：系统奇偶校验错。,77,CPCI总线,为了将PCI总线规范用在工业控制计算机系统上，1995年11月PCI工业计算机制造者联合会（PICMIG）颁布了Compac

33、tPCI（以后简称CPCI）规范1.0版以后相继推出了PCI-PCI Bridge规范、Computer Telephony TDM规范和User-defined I/O pin assignment规范1997年推出了CPCI 2.0规范。简言之，CPCI总线规范=PCI总线的电气规范+标准针孔连接器（IEC-1076-4-101）+欧洲卡规范（IEC297/IEEE 1011.1）。,78,CPCI总线,目前在嵌入式PC、工控计算机及高端的嵌入式系统中已经开始大量采用CPCI接口，CPCI将逐步替代VME总线。CPCI总线工控机之所以被业界所青睐，是因为其既具有PCI总线的高性能又具有欧洲

34、卡结构的高可靠性，是符合国际标准的真正工业型计算机，适合在可靠性要求较高的工业和军事设备上应用。CPCI总线工控机定义了两种板卡尺寸：3U（100mm 160mm）6U（233mm 160mm）,79,嵌入式系统的存储器,存储器结构：目前较为复杂的嵌入式系统的存储结构如图所示。,80,嵌入式系统的存储器,1高速缓存Cache高速缓冲存储器中存放的是当前使用得最多的程序代码和数据，即主存中部分内容的副本。在嵌入式系统中Cache全部都集成在嵌入式微处理器内可分为数据Cache、指令Cache或混合Cache不同的处理器其Cache的大小不一样一般中高档的嵌入式微处理器才内置Cache。,81,嵌

35、入式系统的存储器,1高速缓存CacheCache命中：CPU每次读取主存时，Cache控制器都要检查CPU送出的地址，判断CPU要读取的数据是否在Cache中，如果在就称为命中Cache未命中：读取的数据不在Cache中，则对主存储器进行操作，并将有关内容置入Cache。写入方法：通写（Write Through）：写Cache时，Cache与对应内存内容同步更新。回写（Write Back）：写Cache时，只有写入Cache内容移出时才更新对应内存内容。,82,嵌入式系统的存储器,2主存 主存是处理器能直接访问的存储器，用来存放系统和用户的程序和数据。嵌入式系统的主存可位于处理器内和处理器

36、外，片内存储器存储容量小、速度快，片外存储器容量大。可以做主存的存储器有：ROM类：Nor Flash、EPROM、PROM等RAM类：SRAM、DRAM、SDRAM等,83,嵌入式系统的存储器,静态随机存取存储器（SRAM）存储信息：六管基本存储电路典型芯片规格：2114（1KX4）6116（2KX8）6264（8KX8）62128（16KX8）62256（32KX8）,84,嵌入式系统的存储器,动态随机存取存储器（DRAM）存储信息的基本单元（1位）电路可采用4管、3管和单管电路需要不断刷新（为维持动态存储单元所存储的信息，必须设法使信息再生，这即所谓的刷新）与SRAM不同的是：为节省外部

37、引脚，同样容量的DRAM外部地址线引脚是SRAM一半DRAM采用行/列地址选通，将地址通过内部分成两路DRAM控制器：解决刷新和多路,85,SDRAM（Synchronous RAM）：CPU和RAM共享相同的时钟周期，以相同的速度同步工作基于双存储器结构，内含两个交错的存储阵列，读取效率得到成倍提高是DRAM中速度最快的一种,嵌入式系统的存储器,86,嵌入式系统的存储器,3外存 外存是处理器不能直接访问的存储器，用来存放用户的各种信息，容量大存取速度相对主存而言要慢得多，但它可用来长期保存用户信息。在嵌入式系统中常用的外存有：NandFlash、DOC（Disk On Chip）、CF（Co

38、mpact Flash）、SD（Secure Digital）、MMC（MultiMediaCard）等。,87,嵌入式系统的存储器-电子盘,电子盘采用半导体芯片来存贮数据，具有体积小、功耗低和极强的抗震性等特点。在嵌入式系统中普遍采用各种电子盘作为外存。常用的电子盘有：NandFlash、DOC、DOM、CF、SM、SD、MMC等 1NandFlashNandFlash是Flash Memory的一种。NandFlash可独立成为外存，也可组成其他各种类型的电子盘如USB盘、CF、SD和MMC存储卡等。,88,Flash Memory,Flash Memory的中文称为快闪存储器或快速擦写存

39、储器。Flash Memory由Toshiba于1980年申请专利，并在1984年的国际半导体学术会议上首先发表。目前在Flash Memory技术上主要发展了两种非易失性内存一种叫NOR（逻辑或），是Intel于1988年发明的另一种叫NAND（逻辑与）是Toshiba于1999年创造的。,89,Flash Memory,NandFlash强调降低每比特的成本，更高的性能，并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。目前有能力大规模生产NandFlash的只有少数厂家：Samsung、Toshiba、Sandisk、Fujitsu等，主要厂商是Samsung和Toshiba两家。NOR Flash具

40、有随机存储速度快、电压低、功耗低、稳定性高等特点，主要用于主存。NandFlash具有容量大、回写速度快、芯片面积小等特点，主要用于外存。,90,91,DOC,Disk On Chip，简称DOC，是采用NandFlash芯片作为基本存贮单元，外加一些控制芯片，通过特殊的软硬件来操作的一种模块化、系列化的电子存贮装置。它采用了TrueFFS硬盘仿真技术对Flash进行管理，可以把Flash模拟成为硬盘。也正是因为采用了TrueFFS技术对数据在Flash中的读写操作进行管理，大大提高了DOC的写操作的次数，远远超过了普通Flash的写寿命，提高了Flash的可靠性。,92,DOM,DOM是一种

41、采用IDE接口的电子盘它可以直接插在IDE接口上，像硬盘一样方便地使用，而体积却比硬盘小很多。它最大的好处就是在没有DOC插槽或CF插槽的板卡上可以非常方便地使用电子盘来替代硬盘、软盘。,93,CompactFlash,Compact Flash的诞生比较早，由最大的Flash Memory卡厂商之一美国SanDisk于1994年首次推出。大小仅为43mm x 36mm x 3.3mm。CompactFlash提供了完整的PCMCIA-ATA功能而且通过ATA/ATAPI-4兼容TrueIDE。和68针接口的PCMCIA卡不同，同样遵从ATA协议的CompactFlash的接口只有50针。,9

42、4,SmartMedia SmartMedia是由东芝公司Toshiba America Electronic Components（TAEC）在1995年11月发布的Flash Memory存贮卡，三星公司在1996年购买了生产和销售许可，这两家公司成为主要的SmartMedia厂商。,95,最开始时SmartMedia被称为SSFDC,即Solid State Floppy Disk Card，1996年6月改名为SmartMedia，并成为东芝的注册商标。SmartMedia采用了NAND型Flash Memory，因此体积做得很小：45mm x 37mm x 0.76mm，非常的薄，仅

43、重1.8克。接口方面，SmartMedia采用了22针的接口，我们在卡上看到的是遍平的金手指。SmartMedia为了节省成本，存贮卡上只有Flash Memory模块和接口，并没有包括控制芯片，所以使用SmartMedia的设备必须自己装置控制机构。,96,Memory Stick1997年7月Sony宣布开发Memory Stick。Memory Stick被很多人称为口香糖存贮卡，因为其尺寸确实像一条香口胶：50mm x 21.5mm x 2.8mm，重4克。目前所知道的是Memory Stick也包括了控制器在内，采用10针接口，数据总线为串行，最高频率可达20MHz，电压为2.7伏到

44、3.6伏，电流平均为45mA。,97,MMC MMC即MultiMediaCard，由西门子公司Siemens（现在称为Infineon）和SanDisk于1997年推出。1998年1月十四家公司联合成立了MMC协会（简称MMCA），现有超过84个成员，其中包括了Nokia、Ericsson、Motorola等手机巨头。,98,MMC号称是目前世界上最小的Flash Memory存贮卡，尺寸只有32mm x 24mm x1.4mm。虽然比SmartMedia厚，但整体体积却比SmartMedia小，而且也比SmartMedia轻，只有1.5克。和CompactFlash一样，MMC也是把存贮单

45、元和控制器一同做到了卡上，智能的控制器使得MMC保证兼容性和灵活性。MMC是前后兼容的。MMC被设计作为一种低成本的数据平台和通讯介质，接口设计非常简单：只有7针，接口成本低于0.5美元。,99,SDSD（Secure Digital）卡由松下电器、东芝和SanDisk联合推出，1999年8月首次发布。2000年2月1日成立了SD协会（SDA），成员公司超过90个，其中包括Hewlett-Packard，IBM，Microsoft，Motorola，NEC、Samsung Electronics，Toyota Motor等巨头。SDA是开放式的，缴纳1500美元就可以成为一般会员，缴纳4000美元可以成为执行会员。SD存贮卡的详细规范并没有公开，只有SDA会员或签定了保密协议才能获得。,100,SD卡数据传送和物理规范由MMC发展而来，大小和MMC差不多，尺寸为32mm x 24mm x 2.1mm。长宽和MMC一样，只是厚了0.7mm，以容纳更大容量的存贮单元。SD卡与MMC卡保持着向上兼容，也就是说，MMC可以被新的SD设备存取，兼容性则取决于应用软件，但SD卡却不可以被MMC设备存取。SD接口除了保留MMC的7针外，还在两边加多了2针，作为数据线。,101,