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存儲器的類型將決定整個嵌入式系統的操作和性能，因此存儲器的選擇是一個非常重要的決策。無論系統是采用電池供電還是由市電供電，應用需求將決定存儲器的類型(易失性或非易失性)以及使用目的(存儲代碼、數據或者兩者兼有)。另外，在選擇過程中,存儲器的尺寸和成本也是需要考慮的重要因素。對于較小的系統，微控制器自帶的存儲器就有可能滿足系統要求，而較大的系統可能要求增加外部存儲器。為嵌入式系統選擇存儲器類型時，需要考慮一些設計參數，包括微控制器的選擇、電壓范圍、電池壽命、讀寫速度、存儲器尺寸、存儲器的特性、擦除/寫入的耐久性以及系統總成本。 圖1列出了在嵌入式應用系統中最常用的存儲器類型。下面討論在選擇存儲器時應遵循的基本原則。 選擇存儲器時應遵循的基本原則 1．內部存儲器與外部存儲器 一般情況下，當確定了存儲程序代碼和數據所需要的存儲空間之后，設計工程師將決定是采用內部存儲器還是外部存儲器。通常情況下，內部存儲器的性價比最高但靈活性最低，因此設計工程師必須確定對存儲的需求將來是否會增長，以及是否有某種途徑可以升級到代碼空間更大的微控制器。基于成本考慮，人們通常選擇能滿足應用要求的存儲器容量最小的微控制器，因此在預測代碼規模的時候要必須特別小心，因為代碼規模增大可能要求更換微控制器。 目前市場上存在各種規模的外部存儲器器件，我們很容易通過增加存儲器來適應代碼規模的增加。有時這意味著以封裝尺寸相同但容量更大的存儲器替代現有的存儲器，或者在總線上增加存儲器。即使微控制器帶有內部存儲器，也可以通過增加外部串行EEPROM或閃存來滿足系統對非易失性存儲器的需求。 2．引導存儲器 在較大的微控制器系統或基于處理器的系統中，設計工程師可以利用引導代碼進行初始化。應用本身通常決定了是否需要引導代碼，以及是否需要專門的引導存儲器。例如，如果沒有外部的尋址總線或串行引導接口，通常使用內部存儲器，而不需要專門的引導器件。但在一些沒有內部程序存儲器的系統中，初始化是操作代碼的一部分，因此所有代碼都將駐留在同一個外部程序存儲器中。某些微控制器既有內部存儲器也有外部尋址總線，在這種情況下，引導代碼將駐留在內部存儲器中，而操作代碼在外部存儲器中。這很可能是最安全的方法，因為改變操作代碼時不會出現意外地修改引導代碼。在所有情況下，引導存儲器都必須是非易失性存儲器。 3．配置存儲器 對于現場可編程門陣列(FPGA)或片上系統(SoC)，人們使用存儲器來存儲配置信息。這種存儲器必須是非易失性EPROM、EEPROM或閃存。大多數情況下，FPGA采用SPI接口，但一些較老的器件仍采用FPGA串行接口。串行EEPROM或閃存器件最為常用，EPROM用得較少。 4．程序存儲器 所有帶處理器的系統都采用程序存儲器，但設計工程師必須決定這個存儲器是位于處理器內部還是外部。在做出了這個決策之后，設計工程師才能進一步確定存儲器的容量和類型。當然有的時候，微控制器既有內部程序存儲器也有外部尋址總線，此時設計工程師可以選擇使用它們當中的任何一個，或者兩者都使用。這就是為什么為某個應用選擇最佳存儲器的問題，常常由于微控制器的選擇變得復雜起來，以及為什么改變存儲器的規模也將導致改變微控制器的選擇的原因。 如果微控制器既利用內部存儲器也利用外部存儲器，則內部存儲器通常被用來存儲不常改變的代碼，而外部存儲器用于存儲更新比較頻繁的代碼和數據。設計工程師也需要考慮存儲器是否將被在線重新編程或用新的可編程器件替代。對于需要重編程功能的應用，人們通常選用帶有內部閃存的微控制器，但帶有內部OTP或ROM和外部閃存或EEPROM的微控制器也滿足這個要求。為降低成本，外部閃存可用來存儲代碼和數據，但在存儲數據時必須小心避免意外修改代碼。 在大多數嵌入式系統中，人們利用閃存存儲程序以便在線升級固件。代碼穩定的較老的應用系統仍可以使用ROM和OTP存儲器，但由于閃存的通用性，越來越多的應用系統正轉向閃存。表1給出了程序存儲器類型的參數比較。 5．數據存儲器 與程序存儲器類似，數據存儲器可以位于微控制器內部，或者是外部器件，但這兩種情況存在一些差別。有時微控制器內部包含SRAM(易失性)和EEPROM(非易失)兩種數據存儲器，但有時不包含內部EEPROM，在這種情況下，當需要存儲大量數據時，設計工程師可以選擇外部的串行EEPROM或串行閃存器件。當然，也可以使用并行EEPROM或閃存，但通常它們只被用作程序存儲器。 當需要外部高速數據存儲器時，通常選擇并行SRAM并使用外部串行EEPROM器件來滿足對非易失性存儲器的要求。一些設計還將閃存器件用作程序存儲器，但保留一個扇區作為數據存儲區。這種方法可以降低成本、空間并提供非易失性數據存儲器。 針對非易失性存儲器要求，串行EEPROM器件支持I2C、SPI或微線(Microwire)通訊總線，而串行閃存通常使用SPI總線。由于寫入速度很快且帶有I2C和SPI串行接口，FRAM在一些系統中得到應用。表2比較了各類數據存儲器的優缺點。 6．易失性和非易失性存儲器 存儲器可分成易失性存儲器或者非易失性存儲器，前者在斷電后將丟失數據，而后者在斷電后仍可保持數據。設計工程師有時將易失性存儲器與后備電池一起使用，使其表現猶如非易失性器件，但這可能比簡單地使用非易失性存儲器更加昂貴。然而，對要求存儲器容量非常大的系統而言，帶有后備電池的DRAM可能是滿足設計要求且性價比很高的一種方法。 在有連續能量供給的系統中，易失性或非易失性存儲器都可以使用，但必須基于斷電的可能性做出最終決策。如果存儲器中的信息可以在電力恢復時從另一個信源中恢復出來，則可以使用易失性存儲器。 |
