东南大学soc课件8 存储子系统(3学时) 共61页PPT资料
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擦除Nor器件时是以64～128KB的块进行的，执行 一个写入/擦除操作的时间为1～5s；擦除Nand器 件是以8～32KB的块进行的，执行相同的操作最多 只需要4ms。
Nor Flash带有SRAM接口，有足 够的地址引脚来寻址，可以很容 易地存取其内容的每一字节。用 作程序存储器
Nand器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，各 个产品或厂商的方法可能各不相同。Nand的读和 写操作采用固定大小的块，这一点有点像硬盘管理 此类操作。
板级
片外SDRAM、SRAM
FLASH及其他非易失存 储器
4
目录Hale Waihona Puke Baidu
• 1、存储子系统简介 • 2、常用的存储器 • 3、外部存储器控制器EMI • 4、SD/MMC控制器 • 5、存储子系统性能优化
5
半导体存储器的分类
• 随机存取存储器RAM
a. 静态RAM
• 同步SRAM 在统一时钟的控制下同步操作，一般支持突发操作 • FIFO 先进先出 • Multi-SRAM 具有多数据端口 • 非挥发 SRAM(NV SRAM) 静态加后备电源 • 类SRAM 用动态RAM，内部加刷新电路
• Cache—主存层次 ： 解决CPU与主存的速度 上的差距 ；
• 主存—辅存层次 ： 解决存储的大容量要 求和低成本之间的矛 盾。
3
SoC中存储系统层次性结构
芯片级
每bit价格降低 容量增大 存取时间增大 访问频度降低 存取能耗增大
嵌入式处理器核（寄存器）
紧密耦合存储 器TCM
片上SRAM
Cache
• 按存取方式分类 随机存储器RAM (Random Access Memory) 只读存储器ROM（Read-Only Memory） 串行访问存储器(Serial Access Storage)
• 按在计算机中的作用分类 主存储器(内存) 辅助存储器(外存) 高速缓冲存储器
7
RAM
• SRAM
• 由于NOR技术Flash Memory的擦除和编程速度较慢，而块尺寸又较大， 因此擦除和编程操作所花费的时间很长，在纯数据存储和文件存储的 应用中，NOR技术显得力不从心。
10
NAND FLASH技术
• NAND技术 Flash Memory具有以下特点： – 以页为单位进行读和编程操作，1页为256或512B（字节）；以块 为单位进行擦除操作，1块为4K、8K或16KB。具有快编程和快擦除 的功能，其块擦除时间是2ms；而NOR技术的块擦除时间达到几百 ms。 – 数据、地址采用同一总线，实现串行读取。随机读取速度慢且不 能按字节随机编程。 – 芯片尺寸小，引脚少，是位成本(bit cost)最低的固态存储器， 将很快突破每兆字节1美元的价格限制。 – 芯片包含有失效块，其数目最大可达到3~35块（取决于存储器密 度）。失效块不会影响有效块的性能，但设计者需要将失效块在 地址映射表中屏蔽起来。
• 在擦除和编程操作较少而直接执行代码的场合，尤其是纯代码存储的 应用中广泛使用，如PC的BIOS固件、移动电话、硬盘驱动器的控制存 储器等。
• NOR技术Flash Memory具有以下特点： – 程序和数据可存放在同一芯片上，拥有独立的数据总线和地址总线， 能快速随机读取，允许系统直接从Flash中读取代码执行，而无需 先将代码下载至RAM中再执行； – 可以单字节或单字编程，但不能单字节擦除，必须以块为单位或对 整片执行擦除操作，在对存储器进行重新编程之前需要对块或整片 进行预编程和擦除操作。
– 面积大 – 速度快
• DRAM
– 需要隔一定的周期进行刷新 – 面积小（1－3个晶体管） – 速度慢
• SDRAM – Synchronous Dynamic Random Access Memory（同步动态随机存储器）
– 数据的读写需要时钟来同步
• DDR SDRAM – Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory（双 数据率同步动态随机存储器） – 允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿传输数据，这样不需要提高时钟的频 率就能加倍提高SDRAM的速度
SoC存储子系统
1
目录
• 1、存储子系统简介 • 2、常用的存储器 • 3、外部存储器控制器EMI • 4、SD/MMC控制器 • 5、存储子系统性能优化
2
多层存储结构概念
• 核心是解决容量、速度、 价格间的矛盾，建立起 多层存储结构。
• 一个金字塔结构的多层 存储体系 充分体现出 容量和速度关系
• Samsung公司在2019年底开发出世界上第一颗1Gb NAND技术闪速存储 器
• 基于NAND的存储器可以取代硬盘或其他块设备。
11
NOR 与 NAND FLASH的比较
性能比较
接口差别
容量和成 本 可靠性和 耐用性 易用性
NOR
NAND
读取速度稍快
擦除和写入速度远远大于NOR flash
b. 动态RAM
• SDRAM • DDR II SDRAM • DDRIII SDRAM
• 只读存储器ROM
a. 掩膜式ROM b. 可编程的PROM c. 可用紫外线擦除、可编程的EPROM d. 可用电擦除、可编程的E2PROM等 e. 在线编程擦除的FLASH
6
存储器的分类
• 按构成存储器的器件和存储介质分类 半导体存储器 磁盘和磁带等磁表面存储器 光电存储器
8
FLASH
• NOR FLASH
– 容量小 – 价格贵 – 可以按位读写
• NAND FLASH
– 容量大 – 价格便宜 – 不能按位读写，需要按block进行读写
9
NOR FLASH
• NOR技术（亦称为Linear技术）闪速存储器是最早出现的Flash Memory， 目前仍是多数供应商支持的技术架构。它源于传统的EPROM器件
小 ，1～16MB,成本高，存储代 码
非常大，Nand Flash的单元尺寸几乎是Nor器件的 一半。由于生产过程更为简单，Nand结构可以在 给定的尺寸内提供更高的容量。 16MB~512B以上， 存储数据
可擦写10万次
可擦写100万次
存在位反转和坏区的问题，需要进行EDC/ECC算 法校验和坏区标识管理
Nor Flash带有SRAM接口，有足 够的地址引脚来寻址，可以很容 易地存取其内容的每一字节。用 作程序存储器
Nand器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，各 个产品或厂商的方法可能各不相同。Nand的读和 写操作采用固定大小的块，这一点有点像硬盘管理 此类操作。
板级
片外SDRAM、SRAM
FLASH及其他非易失存 储器
4
目录Hale Waihona Puke Baidu
• 1、存储子系统简介 • 2、常用的存储器 • 3、外部存储器控制器EMI • 4、SD/MMC控制器 • 5、存储子系统性能优化
5
半导体存储器的分类
• 随机存取存储器RAM
a. 静态RAM
• 同步SRAM 在统一时钟的控制下同步操作，一般支持突发操作 • FIFO 先进先出 • Multi-SRAM 具有多数据端口 • 非挥发 SRAM(NV SRAM) 静态加后备电源 • 类SRAM 用动态RAM，内部加刷新电路
• Cache—主存层次 ： 解决CPU与主存的速度 上的差距 ；
• 主存—辅存层次 ： 解决存储的大容量要 求和低成本之间的矛 盾。
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SoC中存储系统层次性结构
芯片级
每bit价格降低 容量增大 存取时间增大 访问频度降低 存取能耗增大
嵌入式处理器核（寄存器）
紧密耦合存储 器TCM
片上SRAM
Cache
• 按存取方式分类 随机存储器RAM (Random Access Memory) 只读存储器ROM（Read-Only Memory） 串行访问存储器(Serial Access Storage)
• 按在计算机中的作用分类 主存储器(内存) 辅助存储器(外存) 高速缓冲存储器
7
RAM
• SRAM
• 由于NOR技术Flash Memory的擦除和编程速度较慢，而块尺寸又较大， 因此擦除和编程操作所花费的时间很长，在纯数据存储和文件存储的 应用中，NOR技术显得力不从心。
10
NAND FLASH技术
• NAND技术 Flash Memory具有以下特点： – 以页为单位进行读和编程操作，1页为256或512B（字节）；以块 为单位进行擦除操作，1块为4K、8K或16KB。具有快编程和快擦除 的功能，其块擦除时间是2ms；而NOR技术的块擦除时间达到几百 ms。 – 数据、地址采用同一总线，实现串行读取。随机读取速度慢且不 能按字节随机编程。 – 芯片尺寸小，引脚少，是位成本(bit cost)最低的固态存储器， 将很快突破每兆字节1美元的价格限制。 – 芯片包含有失效块，其数目最大可达到3~35块（取决于存储器密 度）。失效块不会影响有效块的性能，但设计者需要将失效块在 地址映射表中屏蔽起来。
• 在擦除和编程操作较少而直接执行代码的场合，尤其是纯代码存储的 应用中广泛使用，如PC的BIOS固件、移动电话、硬盘驱动器的控制存 储器等。
• NOR技术Flash Memory具有以下特点： – 程序和数据可存放在同一芯片上，拥有独立的数据总线和地址总线， 能快速随机读取，允许系统直接从Flash中读取代码执行，而无需 先将代码下载至RAM中再执行； – 可以单字节或单字编程，但不能单字节擦除，必须以块为单位或对 整片执行擦除操作，在对存储器进行重新编程之前需要对块或整片 进行预编程和擦除操作。
– 面积大 – 速度快
• DRAM
– 需要隔一定的周期进行刷新 – 面积小（1－3个晶体管） – 速度慢
• SDRAM – Synchronous Dynamic Random Access Memory（同步动态随机存储器）
– 数据的读写需要时钟来同步
• DDR SDRAM – Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory（双 数据率同步动态随机存储器） – 允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿传输数据，这样不需要提高时钟的频 率就能加倍提高SDRAM的速度
SoC存储子系统
1
目录
• 1、存储子系统简介 • 2、常用的存储器 • 3、外部存储器控制器EMI • 4、SD/MMC控制器 • 5、存储子系统性能优化
2
多层存储结构概念
• 核心是解决容量、速度、 价格间的矛盾，建立起 多层存储结构。
• 一个金字塔结构的多层 存储体系 充分体现出 容量和速度关系
• Samsung公司在2019年底开发出世界上第一颗1Gb NAND技术闪速存储 器
• 基于NAND的存储器可以取代硬盘或其他块设备。
11
NOR 与 NAND FLASH的比较
性能比较
接口差别
容量和成 本 可靠性和 耐用性 易用性
NOR
NAND
读取速度稍快
擦除和写入速度远远大于NOR flash
b. 动态RAM
• SDRAM • DDR II SDRAM • DDRIII SDRAM
• 只读存储器ROM
a. 掩膜式ROM b. 可编程的PROM c. 可用紫外线擦除、可编程的EPROM d. 可用电擦除、可编程的E2PROM等 e. 在线编程擦除的FLASH
6
存储器的分类
• 按构成存储器的器件和存储介质分类 半导体存储器 磁盘和磁带等磁表面存储器 光电存储器
8
FLASH
• NOR FLASH
– 容量小 – 价格贵 – 可以按位读写
• NAND FLASH
– 容量大 – 价格便宜 – 不能按位读写，需要按block进行读写
9
NOR FLASH
• NOR技术（亦称为Linear技术）闪速存储器是最早出现的Flash Memory， 目前仍是多数供应商支持的技术架构。它源于传统的EPROM器件
小 ，1～16MB,成本高，存储代 码
非常大，Nand Flash的单元尺寸几乎是Nor器件的 一半。由于生产过程更为简单，Nand结构可以在 给定的尺寸内提供更高的容量。 16MB~512B以上， 存储数据
可擦写10万次
可擦写100万次
存在位反转和坏区的问题，需要进行EDC/ECC算 法校验和坏区标识管理