嵌入式系统9(存储系统设计简介)-精选（公开课件）.ppt

西安电子科技大学计算机学院 嵌入式系统 第九讲 存储系统设计简介 本节内容 存储系统架构 Cache MMU 存储器组织结构 SDRAM FLASH 存储系统架构 计算机系统的存储体系被组织成一个金字塔形的层次结构。 这些设备从上而下，依次变得速度更慢、访问频率更小、容量更大，并且每字节的造价也更加便宜。 这种结构，上面一层的存储器可看作下一层的高速缓存。 高速缓存（Cache） Cache位于主存和CPU（寄存器）之间。 Cache能够减少内存平均访问时间，提高内存系统性能。 许多微处理器体系结构都把Cache作为其定义的一部分。 ARM结构定义了Cache Cache的分类 统一cache和独立cache 统一cache：指令预取和数据读写使用同一个cache。 独立cache：指令预取使用指令cache；数据读写使用数据cache。可在同一个时钟周期中读取指令和数据。 写通cache和写回cache 写通法：写操作时，必须把数据同时写入cache和主存。 写回法：写操作时，数据只写入cache，不写入主存。仅当需要替换时，才把已经修改的cache块写回到主存中。 当进行数据写操作而cache没有命中时，根据cache执行的操作不同，可分为读操作分配cache和写操作分配cache 读操作分配：写操作时cache未命中，只简单的将数据写入内存；数据读取时，才进行cache预取。 写操作分配：写操作时cache未命中，马上进行cache预取。 Cache的工作原理 主存和cache都划分成同样的块 主存中的块可调入cache进行缓冲 主存地址空间和cache地址空间的映像方式： 直接相联：Cache的某一块只能和固定的一些主存块建立映像关系；主存的某一块只能对应一个Cache块。 全相联：Cache的某一块可以和任一主存块建立映像关系；而主存中某一块也可以映像到cache中任一块位置上。 组相联：该方式是介于直接映像和全相联映像之间的一种折中方案，目前应用较广泛。 存储管理单元（MMU） MMU（Memory Manage Unit）在CPU和物理内存之间进行地址转换。其工作主要有： 虚拟存储空间到物理存储空间的映射。 存储器访问权限控制。 设置虚拟存储空间的缓冲特性。 嵌入式系统中常常采用页式存储管理 页式存储管理是基于页表的 页表 页表是位于内存中的表； 其每一行对应了虚拟存储空间的一个页； 该行包含了该虚拟内存页对应的物理内存页地址、该页的访问权限和缓冲特性。 从虚拟地址到物理地址的变换过程就是查询页表的过程。 MMU就是查询页表、管理页表的硬件部件。 ARM中协处理器CP15（MMU）的寄存器C2保存页表的基地址。 TLB（地址转换后备缓冲器）：用来存放当前访问需要的地址变换条目的高速度、小容量的内部存储部件，又称快表。 CPU访问内存时，先在TLB中查找需要的地址变换条目，若不存在，则从内存页表中查询，并将相应结果添加到TLB中。 嵌入式存储器组成 有的嵌入式处理器集成了存储器，一般不需要扩展； 有的嵌入式处理器没有集成存储器，必须扩展； 有的嵌入式处理器集成了一定数量的存储器，只能满足一定需求，仍然需要扩展。 整个嵌入式系统的存储器由片内和片外两部分组成。 存储器的组织结构 存储器最基本的参数是容量和数据宽度。 存储器如同图书馆有格子的书架。 存储器地址如同书架编号。 从“线”到“矩阵”的二维地址 存储部件分类 按在存储系统中的地位分类 主存：CPU可直接寻址 辅存：外部设备相关 按存储介质分类 磁存储器 光存储器 半导体集成电路存储器 按信息存取方式分类 随机存取存储器（RAM） 只读存储器（ROM） 常见的嵌入式系统存储设备 随机存取存储器（Random Access Memory） SRAM静态RAM（Static RAM） ASRAM（Asynchronous Static RAM）异步静态RAM DRAM动态RAM（Dynamic RAM ） SDRAM（Sychronous Dynamic RAM）同步动态RAM 只读存储器（Read Only Memory） 掩膜式ROM PROM可编程ROM（Programable ROM ） EPROM可擦除、可编程（Erasable PROM） EEPROM电可擦除可编程（Electrically Erasable PROM） Flash Memory（闪速存储器） 两种随机存储器 静态RAM（Static RAM） 数据存入静态RAM后，只要电源维持不变，其中存储的数据就能够一直维持不变 。 读写速度快 。 由触发器构成基本单元，接口简单。 存储单元结构复杂，集成度较低。 常常用作高速缓冲存储器。 六管静态基本单元电路 两种随机存储