嵌入式系统导论课件 Lecture5 嵌入式系统的存储器
合集下载
嵌入式系统PPT优秀课件
四层，各有其特点。下图显示了嵌入式系统的软件体系。
设备驱动层是嵌入式系统中必不可少的重要部分；使 用任何外部设备都需要有相应的驱动程序的支持，它 为上层软件提供了设备的操作接口。上层软件不用理 会设备的具体内部操作，只须调用驱动层程序提供的 接口即可。驱动层一般包括：
硬件抽象层(HAL)
板级支持包(BSP)
相关统计表明，2012 年我国电子制造规模达 5.45 万 亿元，位居世界第二；电视、程控交换机、笔记本电 脑、显示器和智能手机等主要电子信息产品的产量居 全球首位。
我国嵌入式系统的应用主要分布在电信、医疗、汽车、 安全和消费类等行业。来自 2010-2011 年度的行业调 查数据显示，目前嵌入式产品应用最多的三大领域：
硬件层，是整个嵌入式系统的根本，如果现在单片机 及接口这块很熟悉，并且能用C和汇编语言来编程的 话，从嵌入式系统的硬件层走起来相对容易，硬件层
也是驱动层的基础，一个优秀的驱动工程师是要能够 看懂硬件的电路图和自行完成CPLD的逻辑设计的， 同时还要对操作系统内核及其调度性相当的熟悉的。
嵌入式系统的软件体系是面向嵌入式系统特定的硬件体系和用 户要求而设计的，是嵌入式系统的重要组成部分，是实现嵌入 式系统功能的关键。嵌入式系统软件系统和通用计算机软件体 系类似，分成驱动层、操作系统层、中间件层和应用软件层等
中间件是用于帮助和支持应用软件开发的软件，通常 包括数据库、网络协议、图形支持及相应开发工具等。 例如，MySQL、TCP/IP、GUI等都属于这一类软件。
MySQL[1] 是一个关系型数据库管理系统， 是一个数 据库
TPC/IP 是通信协议 GUI： （Graphical User Interface）图形用户界面
三大领域所占比例之和接近60%
设备驱动层是嵌入式系统中必不可少的重要部分；使 用任何外部设备都需要有相应的驱动程序的支持，它 为上层软件提供了设备的操作接口。上层软件不用理 会设备的具体内部操作，只须调用驱动层程序提供的 接口即可。驱动层一般包括：
硬件抽象层(HAL)
板级支持包(BSP)
相关统计表明，2012 年我国电子制造规模达 5.45 万 亿元，位居世界第二；电视、程控交换机、笔记本电 脑、显示器和智能手机等主要电子信息产品的产量居 全球首位。
我国嵌入式系统的应用主要分布在电信、医疗、汽车、 安全和消费类等行业。来自 2010-2011 年度的行业调 查数据显示，目前嵌入式产品应用最多的三大领域：
硬件层，是整个嵌入式系统的根本，如果现在单片机 及接口这块很熟悉，并且能用C和汇编语言来编程的 话，从嵌入式系统的硬件层走起来相对容易，硬件层
也是驱动层的基础，一个优秀的驱动工程师是要能够 看懂硬件的电路图和自行完成CPLD的逻辑设计的， 同时还要对操作系统内核及其调度性相当的熟悉的。
嵌入式系统的软件体系是面向嵌入式系统特定的硬件体系和用 户要求而设计的，是嵌入式系统的重要组成部分，是实现嵌入 式系统功能的关键。嵌入式系统软件系统和通用计算机软件体 系类似，分成驱动层、操作系统层、中间件层和应用软件层等
中间件是用于帮助和支持应用软件开发的软件，通常 包括数据库、网络协议、图形支持及相应开发工具等。 例如，MySQL、TCP/IP、GUI等都属于这一类软件。
MySQL[1] 是一个关系型数据库管理系统， 是一个数 据库
TPC/IP 是通信协议 GUI： （Graphical User Interface）图形用户界面
三大领域所占比例之和接近60%
嵌入式系统的PPT课件
地址
指令寄存器
控制器
指令
数据通道
输入
输出
中央处理器
地址 数据
程序存储器
指令0 指令1 指令2
数据存储器
数据0 数据1 数据2
9
CISC和RISC
CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer）
具有大量的指令和寻址方式 8/2原则：80%的程序只使用20%的指令 大多数程序只使用少量的指令就能够运行。 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 在通道中只包含最有用的指令 确保数据通道快速执行每一条指令 使CPU硬件结构设计变得更为简单
10
CISC与RISC的数据通道
开始
IF
ID
ALU MEM REG
退出
微操作通道
开始
IF
ID
REG ALU MEM
退出
单通数据通道
11
CISC的背景和特点
背景:存储资源紧缺, 强调编译优化 增强指令功能，设置一些功能复杂的指令，把一些原来由
软件实现的、常用的功能改用硬件的（微程序）指令系统 来实现 为节省存储空间，强调高代码密度，指令格式不固定，指 令可长可短，操作数可多可少 寻址方式复杂多样，操作数可来自寄存器，也可来自存储 器 采用微程序控制，执行每条指令均需完成一个微指令序列 （微程序） CPI > ５，指令越复杂，CPI越大。
15
CISC与RISC的对比
类别
CISC
指令系统 指令数量很多
RISC 较少，通常少于100
执行时间 编码长度
有些指令执行时间很长，如 整块的存储器内容拷贝；或 将多个寄存器的内容拷贝到 存贮器
第五讲 嵌入式系统的存储器
存储器
RAM
混合
ROM
DRAM
SRAM
NVRAM
FLASH
E2PROM
EPROM
PROM
掩膜ROM
第5讲 嵌入式系统的存储器
不同种类存储器的特性见下表。
种类
SRAM DRAM 掩膜ROM PROM EPROM E2PROM
易失性
是 是 否 否 否 否
可写
是 是 否 是，一次 是，多次 是
擦除大小
字节 字节 否 否 整个芯片 字节
第5讲 嵌入式系统的存储器
（5）功耗 。如果 系统 采用电池 供 电 ，功耗 是 一个重要 的 指标 。 CMOS的功耗低。功耗与速度成正比，功耗低而速度高是很困难的。 目前HMOS（高密度金属氧化物半导体）存储器在速度、功耗、器 件容量方面有很好的折衷。 （6）可靠性。器件内的可靠性因经过了充分的测试一般能得到保证， 但器件外的管脚接触、插件板的接触和存储器模块板的复杂性是需 要注意的。 （7）价格。由两方面的因素决定，一是MEM本身的价格，二是 MEM模块中附加电路的价格。后一类价格基本固定。因此，应减少 模块的数量，提高单个模块的容量。另外，电源品种越少，存储器 模块设计越简单，价格越低。
第5讲 嵌入式系统的存储器
5．1 存储器子系统的结构和组织
嵌入式系统的体系结构与通用计算机并无很大的不同，因此 其MEM子系统的功能也无明显区别，故嵌入式系统存储器子系 统的设计指标和方法也可以采用通用计算机的方法，特别是嵌入 通用计算机的大型嵌入式系统。 对于嵌入式微处理器/控制器的专用嵌入式系统，其MEM子 系统与通用计算机相比有所不同，表现在：
（2）忙逻辑方式。当两个端口试图同时访问同一位置时，忙 逻辑就产生一个硬件指示，允许两个端口中的一个访问得以进行， 而向另一个访问指示RAM正忙。接着芯片上的忙（BUSY）引 脚就用来延迟访问，直到前一个访问完成。
RAM
混合
ROM
DRAM
SRAM
NVRAM
FLASH
E2PROM
EPROM
PROM
掩膜ROM
第5讲 嵌入式系统的存储器
不同种类存储器的特性见下表。
种类
SRAM DRAM 掩膜ROM PROM EPROM E2PROM
易失性
是 是 否 否 否 否
可写
是 是 否 是，一次 是，多次 是
擦除大小
字节 字节 否 否 整个芯片 字节
第5讲 嵌入式系统的存储器
（5）功耗 。如果 系统 采用电池 供 电 ，功耗 是 一个重要 的 指标 。 CMOS的功耗低。功耗与速度成正比，功耗低而速度高是很困难的。 目前HMOS（高密度金属氧化物半导体）存储器在速度、功耗、器 件容量方面有很好的折衷。 （6）可靠性。器件内的可靠性因经过了充分的测试一般能得到保证， 但器件外的管脚接触、插件板的接触和存储器模块板的复杂性是需 要注意的。 （7）价格。由两方面的因素决定，一是MEM本身的价格，二是 MEM模块中附加电路的价格。后一类价格基本固定。因此，应减少 模块的数量，提高单个模块的容量。另外，电源品种越少，存储器 模块设计越简单，价格越低。
第5讲 嵌入式系统的存储器
5．1 存储器子系统的结构和组织
嵌入式系统的体系结构与通用计算机并无很大的不同，因此 其MEM子系统的功能也无明显区别，故嵌入式系统存储器子系 统的设计指标和方法也可以采用通用计算机的方法，特别是嵌入 通用计算机的大型嵌入式系统。 对于嵌入式微处理器/控制器的专用嵌入式系统，其MEM子 系统与通用计算机相比有所不同，表现在：
（2）忙逻辑方式。当两个端口试图同时访问同一位置时，忙 逻辑就产生一个硬件指示，允许两个端口中的一个访问得以进行， 而向另一个访问指示RAM正忙。接着芯片上的忙（BUSY）引 脚就用来延迟访问，直到前一个访问完成。
《嵌入式系统概述 》课件
实时操作系统
总结词
实时操作系统是嵌入式系统中用于实现实时处理的关键技术 。
详细描述
实时操作系统能够提供多任务管理和调度功能，确保关键任 务能够在规定的时间内完成。它具有高度的可靠性和确定性 ，能够处理突发事件和异常情况，保证系统的稳定性和实时 性。
精简指令集计算机
总结词
精简指令集计算机是一种针对嵌入式系统设计的计算机架构，它能够提高系统的性能和 能效。
可靠性设计涉及硬件和软件两个方面。硬件方面，选用高 质量的元器件、进行严格的测试和筛选是关键。软件方面 ，通过容错技术、恢复机制和错误检测与纠正等技术，提 高系统的可靠性和稳定性。此外，在系统设计中还需要考 虑环境适应性、安全性和电磁兼容性等方面，以确保嵌入 式系统在各种复杂环境中的稳定运行。
PART 04
《嵌入式系统概述》 ppt课件
REPORTING
• 嵌入式系统简介 • 嵌入式系统的组成 • 嵌入式系统的关键技术 • 嵌入式系统的发展趋势 • 嵌入式系统的未来展望
目录
PART 01
嵌入式系统简介
REPORTING
定义与特点
总结词
嵌入式系统的定义、特点
详细描述
嵌入式系统是一种专用的计算机系统，它被嵌入到其他设备中，作为这些设备的控制核心。它具有特定的功能和 性能要求，通常需要满足高可靠性、低功耗、小体积等要求。嵌入式系统的主要特点是软硬件紧密结合，软件需 要根据硬件平台进行定制。
低功耗设计
总结词
低功耗设计是嵌入式系统中的重要技术之一，它能够延长设备的运行时间并降低 能源消耗。
详细描述
嵌入式系统的低功耗设计主要涉及硬件和软件两个方面。硬件方面，低功耗的处 理器和外围设备是关键，它们能够降低整个系统的能耗。软件方面，通过优化算 法和调度策略，减少不必要的计算和等待时间，降低系统能耗。
《嵌入式原理系统》课件
模块化设计原则
模块间应保持松耦合、高内聚，模块接口应清晰、规范。
模块化设计方法
可以采用自顶向下的设计和分层设计等方法进行模块化设计。
嵌入式软件的测试与优化
测试方法
单元测试、集成测试和系统测试是常用的嵌入式软件 测试方法。
优化方法
代码优化、算法优化和系统优化是常用的嵌入式软件 优化方法。
性能评估
通过性能评估可以衡量嵌入式软件的性能指标，如响 应时间、功耗和可靠性等。
嵌入式传感器与执行器接口
分析嵌入式传感器与执行器的接口标准，如ADC、DAC等。
嵌入式传感器与执行器应用
介绍嵌入式传感器与执行器在实际应用中的实现方式，如温度检测、 压力控制等。
03
嵌入式操作系统原理
嵌入式操作系统的特点与分类
总结词：概述
可裁剪性：根据实际应用需求，嵌入式操作系统可以进 行定制和裁剪，以减小体积和资源占用。
嵌入式总线与接口协议
分析嵌入式总线与接口的协议标准，如RS-232、I2C、SPI等。
嵌入式总线与接口应用
介绍嵌入式总线与接口在实际应用中的实现方式，如串口通信、I/O控制等。
嵌入式传感器与执行器
嵌入式传感器与执行器概述
介绍嵌入式传感器与执行器的定义、分类、特点等。
常见嵌入式传感器与执行器
列举温度传感器、压力传感器、光敏传感器等常见嵌入式传感器与执 行器，并简要介绍其特点和应用领域。
嵌入式系统的发展趋势
低功耗设计
随着物联网和智能终端的普及，嵌入 式系统的功耗越来越受到关注，低功 耗设计成为发展趋势。
人工智能
人工智能技术的不断发展，嵌入式系 统将更加智能化，能够实现更高级别 的自动化和智能化控制。
云计算
模块间应保持松耦合、高内聚，模块接口应清晰、规范。
模块化设计方法
可以采用自顶向下的设计和分层设计等方法进行模块化设计。
嵌入式软件的测试与优化
测试方法
单元测试、集成测试和系统测试是常用的嵌入式软件 测试方法。
优化方法
代码优化、算法优化和系统优化是常用的嵌入式软件 优化方法。
性能评估
通过性能评估可以衡量嵌入式软件的性能指标，如响 应时间、功耗和可靠性等。
嵌入式传感器与执行器接口
分析嵌入式传感器与执行器的接口标准，如ADC、DAC等。
嵌入式传感器与执行器应用
介绍嵌入式传感器与执行器在实际应用中的实现方式，如温度检测、 压力控制等。
03
嵌入式操作系统原理
嵌入式操作系统的特点与分类
总结词：概述
可裁剪性：根据实际应用需求，嵌入式操作系统可以进 行定制和裁剪，以减小体积和资源占用。
嵌入式总线与接口协议
分析嵌入式总线与接口的协议标准，如RS-232、I2C、SPI等。
嵌入式总线与接口应用
介绍嵌入式总线与接口在实际应用中的实现方式，如串口通信、I/O控制等。
嵌入式传感器与执行器
嵌入式传感器与执行器概述
介绍嵌入式传感器与执行器的定义、分类、特点等。
常见嵌入式传感器与执行器
列举温度传感器、压力传感器、光敏传感器等常见嵌入式传感器与执 行器，并简要介绍其特点和应用领域。
嵌入式系统的发展趋势
低功耗设计
随着物联网和智能终端的普及，嵌入 式系统的功耗越来越受到关注，低功 耗设计成为发展趋势。
人工智能
人工智能技术的不断发展，嵌入式系 统将更加智能化，能够实现更高级别 的自动化和智能化控制。
云计算
第4章-嵌入式系统的存储器系统PPT课件
冲，二级缓冲。
DRAM的体）电容存储电荷来储存信息， 必须通过不停的给电容充电来维持信息。
DRAM 的成本、集成度、功耗等明显优于SRAM。 DRAM保留数据的时间很短，速度也比SRAM慢，不过它还是比任何
的ROM都要快，但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很多，计算机 内存就是DRAM的。
4.1.3 存储管理单元
MMU（Memory Manage Unit, 存储管理单元）
在CPU和物理内存之间进行地址转换，将地址从逻辑空间映射到 物理空间，这个转换过程一般称为内存映射。
MMU主要完成以下工作： （1）虚拟存储空间到物理存储空间的映射。
采用了页式虚拟存储管理，它把虚拟地址空间分成一个个固定大 小的块，每一块称为一页，把物理内存的地址空间也分成同样大 小的页。MMU实现的就是从虚拟地址到物理地址的转换。 （2）存储器访问权限的控制。 （3）设置虚拟存储空间的缓冲特性。
（或旁路转换缓冲/页表缓冲/后援存储器）
当CPU访问内存时，首先在TLB中查找需要的地址变换条目，如果该 条目不存在，CPU再从位于内存中的页表中查询，并把相应的结果 添加到TLB中，更新它的内容。
当ARM处理器请求存储访问时，首先在TLB中查找虚拟地址。如果系 统中数据TLB和指令TLB是分开的，在取指令时，从指令TLB查找相应 的虚拟地址，对于内存访问操作，从数据TLB中查找相应的虚拟地址。
当进行数据写操作时，可以将cache分为读操作分配cache和写操 作分配cache两类。
对于读操作分配cache，当进行数据写操作时，如果cache未命中， 只是简单地将数据写入主存中。主要在数据读取时，才进行 cache内容预取。
对于写操作分配cache，当进行数据写操作时，如果cache未命中， cache系统将会进行cache内容预取，从主存中将相应的块读取到 cache中相应的位置，并执行写操作，把数据写入到cache中。对 于写通类型的cache，数据将会同时被写入到主存中，对于写回 类型的cache数据将在合适的时候写回到主存中。
DRAM的体）电容存储电荷来储存信息， 必须通过不停的给电容充电来维持信息。
DRAM 的成本、集成度、功耗等明显优于SRAM。 DRAM保留数据的时间很短，速度也比SRAM慢，不过它还是比任何
的ROM都要快，但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很多，计算机 内存就是DRAM的。
4.1.3 存储管理单元
MMU（Memory Manage Unit, 存储管理单元）
在CPU和物理内存之间进行地址转换，将地址从逻辑空间映射到 物理空间，这个转换过程一般称为内存映射。
MMU主要完成以下工作： （1）虚拟存储空间到物理存储空间的映射。
采用了页式虚拟存储管理，它把虚拟地址空间分成一个个固定大 小的块，每一块称为一页，把物理内存的地址空间也分成同样大 小的页。MMU实现的就是从虚拟地址到物理地址的转换。 （2）存储器访问权限的控制。 （3）设置虚拟存储空间的缓冲特性。
（或旁路转换缓冲/页表缓冲/后援存储器）
当CPU访问内存时，首先在TLB中查找需要的地址变换条目，如果该 条目不存在，CPU再从位于内存中的页表中查询，并把相应的结果 添加到TLB中，更新它的内容。
当ARM处理器请求存储访问时，首先在TLB中查找虚拟地址。如果系 统中数据TLB和指令TLB是分开的，在取指令时，从指令TLB查找相应 的虚拟地址，对于内存访问操作，从数据TLB中查找相应的虚拟地址。
当进行数据写操作时，可以将cache分为读操作分配cache和写操 作分配cache两类。
对于读操作分配cache，当进行数据写操作时，如果cache未命中， 只是简单地将数据写入主存中。主要在数据读取时，才进行 cache内容预取。
对于写操作分配cache，当进行数据写操作时，如果cache未命中， cache系统将会进行cache内容预取，从主存中将相应的块读取到 cache中相应的位置，并执行写操作，把数据写入到cache中。对 于写通类型的cache，数据将会同时被写入到主存中，对于写回 类型的cache数据将在合适的时候写回到主存中。
嵌入式系统的存储器系统全解课件
01
内存管理单元优化
02
多核CPU与内存管理优化
03
存储器容量优化
内存压缩技术 内存分区管理 内存扩展技术
存储器可靠性优化
内存错误检测与纠正
热备份与冗余设计 故障预测与防范
05
嵌入式系统的存储器新技术
NAND闪存技术
NAND闪存简介
1
NAND闪存的架构
2
NAND闪存的性能特点
3
NOR闪存技术嵌入式系统的来自储器系 统全解课件• 嵌入式系统概述 • 存储器系统基础 • 嵌入式系统的存储器系统 • 存储器系统优化 • 嵌入式系统的存储器新技术 • 存储器系统实例分析
01
嵌入式系统概述
嵌入式系统定义
嵌入式系 统
与通用计算机系统的区别
嵌入式系统特点
高效性
。
可靠性
实时响应性 低功耗
嵌入式系统应用
NOR闪存简介
01
NOR闪存的架构
02
NOR闪存的性能特点
03
EEPROM存储器技术
01
EEPROM存储器简介
02
EEPROM存储器的架构
03
EEPROM存储器的性能特点
06
存储器系统实例分析
ARM处理器的存储器系统实例
01
ARM7TDMI存储器 系统结构
本部分详细介绍了ARM7TDMI 处理器的存储器系统架构，包括 存储器映射、存储器访问权限等。
存储嵌入式系统的程序代码，包括操作系统、 应用程序等。
配置存储
存储嵌入式系统的配置信息，如系统参数、设备信息等。
存储器管理单元（MMU）
地址映射 保护机制 内存管理
高速缓存（Cache）
内存管理单元优化
02
多核CPU与内存管理优化
03
存储器容量优化
内存压缩技术 内存分区管理 内存扩展技术
存储器可靠性优化
内存错误检测与纠正
热备份与冗余设计 故障预测与防范
05
嵌入式系统的存储器新技术
NAND闪存技术
NAND闪存简介
1
NAND闪存的架构
2
NAND闪存的性能特点
3
NOR闪存技术嵌入式系统的来自储器系 统全解课件• 嵌入式系统概述 • 存储器系统基础 • 嵌入式系统的存储器系统 • 存储器系统优化 • 嵌入式系统的存储器新技术 • 存储器系统实例分析
01
嵌入式系统概述
嵌入式系统定义
嵌入式系 统
与通用计算机系统的区别
嵌入式系统特点
高效性
。
可靠性
实时响应性 低功耗
嵌入式系统应用
NOR闪存简介
01
NOR闪存的架构
02
NOR闪存的性能特点
03
EEPROM存储器技术
01
EEPROM存储器简介
02
EEPROM存储器的架构
03
EEPROM存储器的性能特点
06
存储器系统实例分析
ARM处理器的存储器系统实例
01
ARM7TDMI存储器 系统结构
本部分详细介绍了ARM7TDMI 处理器的存储器系统架构，包括 存储器映射、存储器访问权限等。
存储嵌入式系统的程序代码，包括操作系统、 应用程序等。
配置存储
存储嵌入式系统的配置信息，如系统参数、设备信息等。
存储器管理单元（MMU）
地址映射 保护机制 内存管理
高速缓存（Cache）
《嵌入式系统导论》课件
智能家居系统
医疗设备中的嵌入式系统
自动化家庭设备，如智能照明、 智能门锁和智能家电。
Hale Waihona Puke 用于监测和控制医疗设备，如 心脏起搏器和呼吸机。
嵌入式系统的应用领域
1 汽车工业
2 工业自动化
嵌入式系统在汽车的控制、安全和娱乐方 面发挥重要作用。
嵌入式系统用于监控和控制工业生产线、 机器人和物联网设备。
3 消费电子
嵌入式软件和硬件
嵌入式软件
运行在嵌入式系统上的程序
编写、测试和优化嵌入式软件，以实现系统功 能
嵌入式硬件 电路板、处理器、传感器等硬件组件 设计和制造硬件组件，使其与软件紧密配合
嵌入式系统的特点和优势
实时性
能够在确定的时间范围内响应和处理事件。
可靠性
嵌入式系统在长时间运行和恶劣环境下具有 稳定性和可靠性。
4 医疗
嵌入式系统在手机、电视、音频设备等消 费电子产品中广泛应用。
嵌入式系统用于医疗设备、生命支持系统 和医疗信息技术。
嵌入式系统的体系结构
单处理器体系结构
使用单个主处理器来执行任 务。
多处理器体系结构
使用多个处理器并行执行任 务，提高系统性能。
分布式体系结构
多个嵌入式系统相互连接， 并通过网络进行通信与协作。
资源受限
嵌入式系统通常具有有限的处理能力、存储 空间和能源。
低功耗
嵌入式系统需要尽量节省能源，以延长电池 寿命或减少能源消耗。
《嵌入式系统导论》PPT 课件
嵌入式系统是什么？它是应用于各个领域的计算机系统，通常被嵌入到其他 设备中，用于控制和监测操作。本课程将深入探讨嵌入式系统的应用、特点 和优势。
嵌入式系统的构成要素
嵌入式系统教案ppt课件
不能为PC； CRn是协处置器的目的存放器，可以是C0-15； CRm是附加的目的存放器或源操作数存放器，用于区分
同一编号的不同物理存放器，当指令中不需求附加信息时 要将C0指定为CRm； OP2也提供附加信息，用于区分同一编号的不同物理存放 器，当指令中不需求附加信息时，可以省略或者将其置0。
嵌入式系统教案
武汉创维特信息技术
2021/6/24
提纲
第五章 ARM存储系统 1 ARM存储系统概述 2 ARM存储器管理单元
3 高速缓冲区和写缓冲区
4 快速上下文切换技术
ARM存储系统概述
ARM存储系统概述
与其他中低档单片机不同，ARM处置器中普通都包含一个 存储器管理部件，用于对存储器的管理。
快表的运用
更新：当CPU需求访问内存时，首先在TLB中查找需求的 地址变换条目。假设不存在那么在内存页表中查询，并把 查询的结果添加到TLB中。
去除：当内存中页表的内容改动或者运用新的页表时， TLB中的内容需求清空。CP15的存放器8用于完成该功能。
锁定：可以将一个地址变换条目锁定在TLB中，以加快访 问速度，CP15的存放器10用于完成该功能。
ARM存储器管理单元
CP15存放器列表－1
存放器编号 根本作用
0
ID编码〔只读〕
1
控制位
2
存储维护和控制
3
存储维护和控制
4
存储维护和控制
5
存储维护和控制
6
存储维护和控制
在MMU中的作用 ID码和Cache类型 各种控制位 地址转换表基地址 域访问控制位 保管 内存失效形状 内存失效地址
ARM存储器管理单元
为了顺应不同的嵌入式运用， ARM存储系统的体系构造 存在很多差别。简单的可以运用向单片机系统中运用的平 板式地址映射机制即可；而一些复杂的系统中那么能够包 含多种技术来提供功能强大的存储系统。
同一编号的不同物理存放器，当指令中不需求附加信息时 要将C0指定为CRm； OP2也提供附加信息，用于区分同一编号的不同物理存放 器，当指令中不需求附加信息时，可以省略或者将其置0。
嵌入式系统教案
武汉创维特信息技术
2021/6/24
提纲
第五章 ARM存储系统 1 ARM存储系统概述 2 ARM存储器管理单元
3 高速缓冲区和写缓冲区
4 快速上下文切换技术
ARM存储系统概述
ARM存储系统概述
与其他中低档单片机不同，ARM处置器中普通都包含一个 存储器管理部件，用于对存储器的管理。
快表的运用
更新：当CPU需求访问内存时，首先在TLB中查找需求的 地址变换条目。假设不存在那么在内存页表中查询，并把 查询的结果添加到TLB中。
去除：当内存中页表的内容改动或者运用新的页表时， TLB中的内容需求清空。CP15的存放器8用于完成该功能。
锁定：可以将一个地址变换条目锁定在TLB中，以加快访 问速度，CP15的存放器10用于完成该功能。
ARM存储器管理单元
CP15存放器列表－1
存放器编号 根本作用
0
ID编码〔只读〕
1
控制位
2
存储维护和控制
3
存储维护和控制
4
存储维护和控制
5
存储维护和控制
6
存储维护和控制
在MMU中的作用 ID码和Cache类型 各种控制位 地址转换表基地址 域访问控制位 保管 内存失效形状 内存失效地址
ARM存储器管理单元
为了顺应不同的嵌入式运用， ARM存储系统的体系构造 存在很多差别。简单的可以运用向单片机系统中运用的平 板式地址映射机制即可；而一些复杂的系统中那么能够包 含多种技术来提供功能强大的存储系统。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
字地址 字节地址
0 2 4
1 3 5
0 2 4
1字节寻址
半字节寻址
11
嵌入式存储系统概述
ARM数据存储类型
ARM支持6种数据类型
8位有符号和8位无符号字节 16位有符号和16位无符号字节，以2字节边界对齐
字节对齐就是以字节为单位把数据一次排列
32位有符号和32位无符号字节，以4字节边界对齐 ARM指令是32位，必须字对齐 Thumb指令是16位，必须以2字节为单位对齐
嵌入式系统的存储器
1
嵌入式存储系统概述 2 嵌入式存储系统的主存
3
嵌入式存储系统的Cache
4 嵌入式存储系统的存储器选择
1
嵌入式存储系统概述
存储器(Memory)是具有记忆功能 的部件，用来存放程序和数据 典型的三级存储体系结构
CPU
主存
Cache
嵌入式硬件系统的重要组成部分 性能的好坏直接影响嵌入式系统的性能
主存储器（简称内存或主存） 辅助存储器（简称辅存或外存） 高速缓存
磁存储器——磁面存储器和磁芯存储器 半导体存储器 光存储器 铁电存储器
14
按存储介质分类
嵌入式存储系统概述
按存取方式分类
随机存取存储器（Random Access Memory RAM）
随机存储器按信息存储的方式，可分为
3
嵌入式存储系统概述
主存（又称为内存）
能由处理器直接按地址编程访问的存储器 用来存放需要执行的程序和需要处理的数据 当前要运行的程序和数据调入主存，其他的 程序和数据暂时存放在外存储器中，需要时 再调入 从用户的角度开，这种调度更换是以文件的 方式为组织单位的 对主存的基本要求
9
嵌入式存储系统概述
ARM存储器层次结构
片上Cache
片上Cache的容量为8~32k，访问时间为：10ns 高性能的计算系统还会设有第二级的片外Cache
容量为几百k，访问时间为几十ns
主存
几兆到1GB的动态存储器 多用Flash，访问时间大概为： 50ns
10
嵌入式存储系统概述
6
嵌入式存储系统概述
存储系统层次结构
7
嵌入式存储系统概述
存储器的主要性能指标
存储容量——存储器所能容纳的二进制信息总量 存取速度——由主存访问时间、Cache访问时间及失 效率决定
主存访问时间和Cache访问时间一定，减少Cache失效率 主存访问时间和Cache失效率一定，减少Cache访问时间 Cache访问时间和Cache失效率一定，减少主存访问时间
22
单译码
双译码
嵌入式系统的主存
读写系统
包括储存缓冲寄存器MBR、读出和写入电 路 读出是根据访存的读命令，借助读出线路 将由寻址确定的存储单元读出送MBR，以 供I/O或CPU使用 包括控制触发器、各种门电路和延迟线
时序控制线路
23
嵌入式系统的主存
主存的技术指标
主存 存放二进制代码的总位数
各种ROM性能比较
适用于屏蔽硅片上的电路，不可编程，不可擦除 使用设备对位编码，可编程一次，不可擦除
MROM PROM
EPROM
EEPROM
使用设备对位编码，可编程100次以上，全内容擦除
PROM (一次性编程)
行线
VCC
熔丝 列 线
熔丝断
为 “0”
为 “1”
熔丝未断
29
嵌入式系统的主存
EPROM (多次性编程 )
N型沟道浮动栅 MOS 电路掩模 ROM ( MROM）
SiO 2
S
G
D 浮动栅
D
___ +++++
P基片
G 栅极 S 源
G
N
+
D漏
S
紫外线全部擦洗 S 与 D 不导通为 “0” S 与 D 导通为 “1”
CPU
Cache
主存（内存）
随机访问 工作速度快 具有一定的存储容量
辅存（外存）
4
嵌入式存储系统概述
高速缓存（Cache）
“存储墙”问题
80—86间，处理器速度年增长 35% 87后，处理器速度年增长55%
为解决CPU与主存之间的速度匹配 高速缓存存放最近要使用的程序 与数据，建立主存中最活跃信息 的副本 当CPU访问贮存时，同时访问高速缓存，通过分析访问地址 进行判断：要访问的程序或数据是否已经复制到高速缓存中
掩模式ROM（Masked ROM，MROM） 一次可编程ROM（PROM） 可擦除可编程ROM（EPROM） 电擦除电可编程ROM（EEROM） 闪存（Flash Memory）
28
嵌入式系统的主存
只读存储器（ROM）
掩模 ROM ( MROM）
行列选择线交叉处有 MOS 管为“1” 行列选择线交叉处无 MOS 管为“0”
已经在Cache中，则称Cache命中，直接访问 如不在，则称Cache失效，则需要从主存中读取数据，并考虑更 新Cache中的内容
5
嵌入式存储系统概述
外存（辅存）
用来存放需要联机保存，当时暂时不需要访问的程序 与数据 记录在外存中信息可以脱机保存，需要使用时，在联 机使用 外存可以使多台独立的存储器，也可以分层构成 用户编程往往是按文件名调用，以文件作为一次调用 单位 如物理存储结构小，则把文件分成数据块，CPU按数据 块读取
30
N
+
D 端加正电压 D 端不加正电压
形成浮动栅 不形成浮动栅
嵌入式系统的主存
EEPROM (多次性编程 ) 电可擦写 局部擦写 全部擦写
Flash Memory (闪速型存储器）
既有MROM和RAM两者的性能 又有MROM和RAM一样的高密度，低成本， 小体积
31
嵌入式系统的主存
静态RAM（Static RAM，SRAM） 动态RAM（Dynamic RAM，DRAM） 准静态RAM（Pseudo static RAM，PSRAM） SRAM比DRAM快 SRAM比DRAM耗电多 DRAM存储密度比SRAM高得多 DRAM需要周期性刷新
只读存储器（Read Only Memory，ROM） 顺序存取存储器（Sequential Access Memory SAM） 直接存取存储器（Direct Access Memory， DAM）
ARM支持处理半字节和长字节的数据
3 7 b
2 6 a
1 5 9
字节对齐
0 4 8
2 6 a
0 4 8
0 4
8
半字对齐
半字对齐
12
嵌入式存储系统概述
ARM数据存储方式
大端存储
44
33 22 11
字节地址 0X30000020
数字的高位字节存放在低位地址中 数字的高位字节存放在高位字节中
地址译码器结构分为
单译码——只有一个译码器，输出字选线 双译码——把译码器分成X方向译码和Y方向译码两个译 码器 地址线为N，输出的状态为2n，对应2n个地址 N较大时，储存器变得复杂，成本上升，性能下降 每一个方向的输入为N/2,各输出的状态为2n/2 ，共译出 状态2n个，译码输出地址线数为2X 2n/2根 节省驱动电路，成本低
(1) 存储容量 (2) 存储速度 • 存取时间
存储器的 访问时间
读出时间 写入时间
• 存取周期 连续两次独立的存储器操作 （读或写）所需的 最小间隔时间 读周期 写周期 (3) 存储器的带宽 最大数据传输速率：位/秒
24
嵌入式系统的主存
随机存取存储器（RAM）
半导体存储器的最小逻辑单位是存储元件， 它存储1位二进制信息 由若单存储元件构成一个逻辑存储单元， 存储一个或多个字节 半导体存储器分为双极性和MOS型两种
3
嵌入式存储系统的Cache
4 嵌入式存储系统的存储器选择
17
嵌入式系统的主存
主存和 CPU 的联系
MDR
数据总线 读
CPU
MAR
写 地址总线
主 存
18
嵌入式系统的主存
主存的基本组成
存储体 寻址系统 读写系统 时序控制线路 储存体是核心，其他三部 分是存储矩阵的外围电路 选址是关键部件，但电路 复杂，选址的方法不同， 直接影响存储举止的组织 与结构
MOS型存储器，按存储信息机构的原理分为
静态随机存取存储器（SRAM） 动态随机存取存储器（DRAM
25
嵌入式系统的主存
MOS型存储器类型
静态随机存取存储器（SRAM）
利用双稳态触发器来保存信息 只要不断电，信息就不会丢失 速度快，集成度低，价格贵 利用MOS的电容储存电荷来保存信息 使用时需不断给电容充电才能使信息保持 集成度高，速度慢
7
3
byte3
6
byte6
5
Half-