嵌入式存储器的设计.ppt

嵌入式存储器的设计与应用 学号：111120008 姓名：胡雪花 目录 嵌入式存储器简介 嵌入式存储器的发展史 嵌入式存储器的技术指标 嵌入式存储器的优缺点 高速缓冲存储器的设计 嵌入式SRAM 嵌入式DRAM 嵌入式存储器简介 嵌入式存储器不同于片外存储器，它是集成在片内与系统中各个逻辑、混合信号等IP共同组成单一芯片的基本组成部分。嵌入式存储器包括嵌入式静态存储器，动态存储器和各种非挥发性存储器。 嵌入式存储器大体分为两类，一类是挥发性存储器，另一类是非挥发性存储器，挥发性存储器包括SRAM、DRAM；非挥发性存储器包括OTP、ROM、EEPROM和e-FLASH等。 嵌入式存储器发展史 嵌入式存储器和分立式存储器最重要的不同之处在于嵌入式存储器往往受限于应用IC的本身工艺特性条件，而分立式存储器主要围绕存储器器件进行优化工艺。 九十年代中期Intel将片外高速缓冲器存储器集成到片内的重大举动，除了导致一大批分立的片外高速缓冲器存储器厂倒闭，还标志着嵌入式存储器成为主流厂商的不二选择。幻灯片 4 嵌入式存储器发展史 嵌入式闪存包括早期的ROM、后来的OTP、EEPROM、及今天高密度Eflash，且最近的铁电存储器(FeRAM)和磁电存储器(MRAM)等也开始向嵌入式方向发展。嵌入式闪存有效帮助存储不掉电的代码和数据，对于MCU、RFID、身份证卡等有着非常重要的意义 嵌入式存储器技术指标 易失性:掉电后存储内容是否丢失 只读性：一个存储器在写入数据后，可对他进行读出，是否可再对它写入 位容量：位容量来表示存储功能 速度：存储器的速度是用存储器访问时间来衡量的，访问时间就是指存储器接收到稳定的地址深入到完成操作的时间 功耗：功耗在用电池供电的系统（比如用于野外工作的微型机系统）中是非常重要的问题 可靠性：集成电路只要在出厂时经过了全面的测试就能保证很高的可靠性 价格：存储器的价格主要由两个方面决定，一是存储器本身的价格，二是存储器模块中附加电路的价格 嵌入式存储器的优势： 更高的带宽 更低的系统功耗 更优化的粒度和存储结构 更高的可靠性和更紧凑的系统结构 更好的工艺缩放特性 嵌入式存储器面临的挑战： 工艺：限制嵌入式存储器发展的最大障碍就是与CMOS 逻辑工艺的兼容问题；逻辑工艺和存储器工艺从本质上来说是不同的 ，且各有优缺点。 成品率：嵌入式存储器面临的成品率问题来源于嵌入式存储器的设计规则比常规CMOS逻辑规则更加大胆，容易带来制造缺陷和可靠性问题。 测试与修复：嵌入式存储器需要专门的测试 高速缓冲存储器是存在于主存与CPU之间的一级存储器， 由静态存储芯片(SRAM)组成，容量比较小但速度比主存高得多， 接近于CPU的速度。 Cache的功能是用来存放那些近期需要运行的指令与数据。目的是提高CPU对存储器的访问速度。 一个典型的高速缓冲存储器系统是由一个标准的存储器层次组成，包括片上高速缓存（L1）、片外高速缓存（L2）以及快速页模式DRAM或EDO DRAM.通常存储层次包括五级（Li）：寄存器（L0）、高速缓存（L1）、主存（L2）、磁盘存储器（L3）以及备份单元(如磁盘或光盘(L4))。 一般用以下五个参数来描述这些层次的特性： 存取时间(s[i])：指CPU访问Li级存储器总共需要的时间 存储器规模(s[i])：指Li级存储器包含的字节数目 每字节成本(c[i])：Li级存储器的成本通常由每字节的成本来评估，或者用c[i]和s[i]的乘积来评估 传输宽带(b[i]):指在不同层次存储器之间传输数据的速率 传输单位(x[i]):指的是传输数据的粒度(大小) 与存储层次相关的三个概念：包容性、一致性、局部性 包含性：是指所有的信息最初都是存储在最外层的存储器中的，在程序执行过程中，被存储的数据和指令的一部分在被需要的时转移到较高层次的存储器中，同时随着数据未被使用的时间不断增长，它将转移到低层次存储器中。 一致性：较低层次存储器中的同一信息项的拷贝必须保持一致，即如果处理器中对一个字进行了修改，那么这个字的拷贝必须在所有低层次的存储器中进行更新，立即更新（直写式）或者最后更新（回写式） 局部性： 空间上的局部性：是指CPU即将引用的信息在贮存中的逻辑地址可能与当前正在引用的信息相近； 时间上的局部性:是指当前CPU正在引用的信息可能即将被再次引用；这种设计理念可以使容量较小的高速缓冲器只存储主存中的一部分信息，可以大大提高工作效率. 当CPU在高速缓存中找到了所需要的信息时叫做“命中”，相反，如果没有找到则叫“未命中”，所以，所需要的信息在高速缓存中的概率叫命中率反之叫未命中率即(1-命中率)。 具有高速缓存的系统中，有效主存存取时间teff由下式给出： teff=tcache+m(tmain