|
嵌入式开发必知：E103xE内外存储器（Flash/SRAM/EEPROM/SDRAM/SD卡）的终极对比
以下是每种存储器模块的详细工作原理说明，涵盖其物理特性、访问方式和典型应用场景： 1. E103xE内部Flash（Nor Flash） 工作原理： - 存储单元：基于浮栅MOSFET，通过F-N隧穿（Fowler-Nordheim）或热电子注入写入电荷。 - 读取： - CPU直接通过地址总线访问（XIP模式），以并行方式读取数据。 - 读取时序类似SRAM，但延迟较高（约几十ns）。 - 写入/擦除： - 必须按扇区/块擦除（通常4KB~128KB），再逐字/页写入。 - 写入需高压（~10V），由E103xE内部电荷泵生成。 - 典型操作： ```c uint32_t addr = (uint32_t)0x08000000; // Flash起始地址 uint32_t data = addr; // 直接读取 FLASH_EraseSector(0); // 擦除扇区 FLASH_ProgramWord(addr, 0x12345678); // 写入数据 ``` 应用场景： - 存储Bootloader、RTOS或应用程序代码（如STM32的Firmware）。 --- 2. E103xE内部SRAM 工作原理： - 存储单元：基于6T结构（6个晶体管组成的双稳态触发器）。 - 访问方式： - CPU通过地址总线直接访问，读写时序由时钟同步（同步SRAM）或异步（异步SRAM）。 - 读写延迟极低（1~3个时钟周期），带宽与CPU总线匹配。 - 特性： - 无需初始化，上电即可使用。 - 掉电数据丢失，无写入次数限制。 - 示例（ARM Cortex-M）： ```asm LDR R0, =0x20000000 ; SRAM起始地址 LDR R1, [R0] ; 读取数据 STR R2, [R0, 4] ; 写入数据（偏移4字节） ``` 应用场景： - 堆栈（Stack）、全局变量、动态内存（Heap）。 --- 3. I²C控制的EEPROM（如AT24C02） 工作原理： - 存储单元：基于浮栅晶体管或电荷陷阱技术，支持字节级擦写。 - I²C协议： - 起始条件：SCL高电平时SDA下降沿。 - 设备寻址：7位地址 + 1位读写标志（如0xA0写，0xA1读）。 - 数据帧：每8位数据后跟一个ACK/NACK。 - 写入流程： 1. 发送设备地址（写模式）。 2. 发送目标存储地址（16位）。 3. 发送数据字节（自动递增地址）。 - 读取流程： 1. 先发送写模式地址+目标地址，再发送读模式地址读取数据。 - 时序示例： ``` START → 0xA0 → ACK → 0x00 → ACK → 0x12 → ACK → STOP（写入0x12到地址0x00） ``` 应用场景： - 存储设备序列号、用户配置（如家电的温度设定）。 4. SPI控制的Flash（如W25Q16） 工作原理： - 存储单元：NAND/NOR架构，NAND Flash以页（通常2KB）为单位读写。 - SPI协议： - 全双工，4线（SCK、MOSI、MISO、CS），支持模式0/3。 - 指令驱动：先发命令（如0x03读数据），再发地址和数据。 - 关键操作： - 读取：发送读指令 + 24位地址 + 读数据（连续时钟输出）。 - 写入：需先擦除（0x20扇区擦除），再页编程（0x02）。 - 状态寄存器：检查BUSY位（0x05指令）。 - 示例代码： ```c // 读取SPI Flash SPI_CS_LOW(); SPI_Write(0x03); // 读指令 SPI_Write(0x00); // 地址高字节 SPI_Write(0x00); SPI_Write(0x00); // 地址低字节 data = SPI_Read(); // 读取数据 SPI_CS_HIGH(); ``` 应用场景： - 存储文件系统（如LittleFS）、固件备份（ESP32的OTA分区）。 --- 5. eMMC控制的SDRAM(M12L64164A-5TG2C) 工作原理： - eMMC： - 封装了NAND Flash + 控制器（FTL磨损均衡、坏块管理）。 - 通过eMMC协议（基于MMC总线）访问，支持多数据线（1/4/8bit）。 - 操作单位：扇区（通常512B），类似SD卡但集成度高。 - SDRAM： - 存储单元：电容存储电荷，需定期刷新（~64ms）。 - 访问流程： 1. 激活行（ACTIVE命令 + 行地址）。 2. 读写列（READ/WRITE命令 + 列地址）。 3. 预充电（关闭当前行，准备下一行访问）。 - 时序控制：依赖时钟同步，需满足tRCD（行到列延迟）、tCAS等参数。 应用场景： - eMMC：手机系统镜像、工业设备的大容量存储。 - SDRAM：运行Linux时的动态内存（如STM32MP157的DDR3）。 --- 6. SDIO控制的SD卡 工作原理： - 物理层： - 存储介质为NAND Flash，但通过SDIO接口抽象为块设备。 - 支持SPI模式（兼容SPI主机）或SD模式（4线高速，时钟可达50MHz）。 - 协议层： - 命令帧：48位格式（起始位+命令号+参数+CRC）。 - 数据传输： - 单块读写（CMD17/CMD24）。 - 多块读写（CMD18/CMD25）。 - 初始化流程： 1. 发送CMD0（复位卡）。 2. 发送CMD8（检查电压兼容性）。 3. 发送ACMD41（初始化SDHC/SDXC卡）。 - 示例代码（SD模式）： ```c SD_SendCmd(CMD0, 0, 0x95); // 复位卡 SD_SendCmd(CMD8, 0x1AA, 0x87); // 检查VHS SD_SendCmd(ACMD41, 0x40000000, 0x39); // 初始化 ``` 应用场景： - 相机照片存储、嵌入式系统的日志记录。 --- 总结：核心差异 每种存储器的设计都是为了在速度、容量、成本和可靠性之间取得最佳平衡，满足不同层次的系统需求。
| 
楼主
标题置顶
标题高亮
