Linux驱动开发（硬件基础知识）——存储器

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前言

存储器主要可分类为只读存储器（ROM）、闪存（Flash）、随机存取存储器（RAM）、光/磁盘介质存储器。
也可按掉电后是否消失，分为掉电丢失数据存储器和非易失性存储器
下面我们先是否丢失数据，再针对其特性进行分析。

非易失性存储器

就是说即使我们的系统失去了通电以后，我们在上面的存储信息也不会消失。依旧存在。

ROM

ROM还可以细分为不可编程ROM、可编程ROM（PROM）、可擦除可编程ROM（EPROM）和电可擦除可编程ROM（EEPROM），EEPROM完全可以用软件来擦写，已经是非常方便的了。

FLASH

NOR（或非）和NAND（与非）是市场上两种主要的闪存技术。

NOR Flash

NOR Flash和CPU的接口属于典型的类SRAM接口，不需要增加额外的控制电路。如下

NOR Flash的特点是可芯片内执行（XIP），程序可以直接在NOR内运行。而NAND Flash和CPU的接口必须由相应的控制电路进行转换，当然也可以通过地址线或GPIO产生NAND Flash接口的信号。NAND Flash以块方式进行访问，不支持芯片内执行。

公共闪存接口（CFI）

是一个从NOR Flash器件中读取数据的公开、标准接口。它可以使系统软件查询已安装的Flash器件的各种参数，包括器件阵列结构，电气和时间参数以及器件支持的功能等。如果芯片不支持CFI，就需要使用JEDEC（电子电器设备联合会）了。JEDEC规范的NOR则无法直接通过命令来读取容量等信息，需要读出制造商ID和设备ID，以确定Flash大小。

NAND Flash

NAND Flash的接口主要包含如下信号。

• I/O总线：地址、指令和数据通过这组总线传输，一般为8位或16位（就是8根或16根）
• 芯片启动（Chip Enable：CE#）：如果没有检测到CE信号，NAND器件就保持待机模式，不对信号任何控制信号做出响应。
• 写使能（WE#）：WE#负责将数据、地址或指令写入NAND之中。
• 读使能（RE#）：RE# 允许数据输出。
• 指令锁存使能（CLE）：当CLE为高电平时，在WE#信号的上升沿，指令将被锁存到NAND指令寄存器中。
• 地址锁存使能（ALE）：当ALE为高电平时，在WE#信号的上升沿，地址将被锁存到NAND地址寄存器中。
• 就绪/忙（R/B#）：如果NAND器件忙，R/B#信号将被变为低电平。该信号是漏极开路，需要采用上拉电阻。
  如下
  

NAND Flash较NOR Flash容量大，可擦写次数多，价格低，速度快。

注意：Flash特性，只能写0，不能写1。擦除就是把所有位全部写1。同时在读写过程中偶然会产生1位或几位数据错误，即位反转，NAND Flash发生的概率要比NOR Flash大很多。位反转不可避免，因此使用NAND Flash的同时，应采用错误勘探/错误纠正（EDC/ECC）算法。另外，Flash还存在一个负载均衡的特性，不能老是在同一块位置进行擦除和写的动作，这样容易坏块

IDE

IDE接口可连接硬盘控制器或光驱，IDE接口的信号与SRAM类似。
很多SoC集成了一个eFuse电编程熔丝作为OTP（一次性可编程）存储器。eFuse可以通过计算机对芯片内部的参数和功能进行配置，这一般是在芯片出厂的时候已经设置好了。

掉电丢失数据存储器

和上面相反，就是失去电源以后，存放在这种类型存储器的数据信息将会被删除，消失。

静态RAM（SRAM）

静态RAM只要供电，就会保持一个值，没有刷新周期。每个SRAM存储单元由6个晶体管组成。
通常所说的SDRAM（同步动态随机存取存储器）、DDR SDRAM（双倍同步速率动态存取存储器）皆属于DRAM的范畴，采用CPU外存控制器同步的时钟工作（注意，不是与CPU的工作频率一致）。DDR SDRAM就是利用了时钟脉冲的上升沿和下降沿发送数据，所以是双倍速率。

动态RAM（DRAM）

DRAM以电荷形式进行存储，数据存储在电容器中。由于电容器会因漏电而出现电荷丢失，所以DRAM器件需要定期刷新。存储单元由1个晶体管和1个电容器组成。

特定RAM

DPRAM：双端口RAM

DPRAM的特点是通过两个端口同时访问，具有两套完全独立的数据总线、地址总线和读写控制线，通常用于两个处理器之间交互数据。如下图

当一端被写入数据后，另一端可以通过轮询或中断获知，并读取其写入的数据。由于双CPU同时访问DPRAM时仲裁逻辑电路集成在DPRAM内部，所以需要硬件工程师设计的电路原理比较简单。

DPRAM的优点就是通信速度快、实时性强、接口简单，而且两边处理器都可主动进行数据传输。除了双端口RAM以外，目前IDT等芯片厂商还推出了多端口RAM，可以提供3个以上的处理器互通数据。

CAM：内容寻址RAM

CAM是以内存进行寻址的存储器，是一种特殊的存储阵列RAM，它的主要工作机制就是同时将一个输入数据项与存储在CAM中的所有数据项自动进行比较，判别该输入数据项与CAM中存储的数据项是否匹配，并输出该数据项对应的匹配信息。
如下图

输入的是所要查询的数据，输出的是数据地址和匹配标志。若匹配（即搜寻到数据），则输出数据地址。CAM用于数据检索的优势是软件无法比拟的，它可以极大地提高系统性能。

FIFO：先进先出队列

FIFO存储器地特点就是先进先出，进出有序，FIFO多用于数据缓冲。FIFO和DPRAM类似，具有两个访问端口，但是FIFO两边地端口并不对等，某一时刻只能设置为一边作为输入，一边作为输出。

如果FIFO区域共有n个字节，我们只能通过循环n次读取同一个地址才能将该片区域读出，不能指定偏移地址。对于有n个数据地FIFO，当循环读取m次后，下次读取会自动读取到m+1个数据，这是由FIFO本身的特性决定的。

存储器分类总图