第六講

嵌入式微控制器存儲器存儲器系統(tǒng)的核心地位存儲系統(tǒng)在嵌入式微控制器中扮演著至關(guān)重要的角色，如同人體的記憶中樞，直接影響著系統(tǒng)的功耗、性能以及芯片面積。它不僅是數(shù)據(jù)和指令的存儲倉庫，更是保障系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。存儲墻問題：性能提升的瓶頸在科技飛速發(fā)展的今天，處理器速度以每年50-100%的驚人速度增長，猶如一輛高速飛馳的跑車。然而，與之形成鮮明對比的是，DRAM速度每年僅增長7%，仿佛是一輛緩慢前行的老爺車。這種巨大的性能差距逐漸成為了系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸，嚴(yán)重限制了整體性能的提升，就像給跑車裝上了沉重的枷鎖。層次化架構(gòu)：化解容量與速度矛盾的利器為了有效解決容量與速度之間的矛盾，嵌入式微控制器采用了多級存儲的層次化架構(gòu)。這一架構(gòu)就像是一座精心規(guī)劃的金字塔，從塔頂?shù)剿滓来螢榧拇嫫鞫选1/L2/L3Cache、片上SPM/TCM、片外SDRAM/Flash以及大容量存儲設(shè)備（如SSD/SD卡）。每一層都有其獨(dú)特的功能和作用，它們相互協(xié)作，共同為系統(tǒng)提供了高效的數(shù)據(jù)存儲和訪問服務(wù)。寄存器堆位于金字塔的頂端，擁有最快的訪問速度，能夠快速響應(yīng)處理器的指令；而大容量存儲設(shè)備則位于塔底，提供了海量的數(shù)據(jù)存儲能力。通過這種層次化的架構(gòu)，系統(tǒng)能夠在不同的應(yīng)用場景下，靈活地選擇最合適的存儲層次，從而實(shí)現(xiàn)性能和成本的最佳平衡。數(shù)據(jù)存儲器（通常為SRAM）SRAM的特性SRAM具有易失性，一旦斷電，存儲的數(shù)據(jù)就會瞬間消失，如同陽光下的露珠，轉(zhuǎn)瞬即逝。但其高速讀寫的特性，使其能夠快速地響應(yīng)處理器的請求，為系統(tǒng)的高效運(yùn)行提供了有力支持。此外，SRAM與CMOS工藝兼容，這使得它在芯片制造過程中能夠更好地與其他組件協(xié)同工作。SRAM的存儲內(nèi)容SRAM主要存儲全局變量和靜態(tài)變量，這些變量就像是系統(tǒng)運(yùn)行過程中的穩(wěn)定基石，為程序的執(zhí)行提供了必要的支持。同時，SRAM還負(fù)責(zé)存儲堆（Heap）和棧（Stack），堆用于動態(tài)內(nèi)存分配，就像一個靈活的倉庫，可以根據(jù)需要隨時調(diào)整存儲空間；棧則用于存儲局部變量和函數(shù)返回地址，它的存在確保了函數(shù)調(diào)用和返回的正確執(zhí)行，如同一個有序的書架，方便查找和管理。SRAM的關(guān)鍵技SRAM采用6晶體管單元結(jié)構(gòu)，這種雙穩(wěn)態(tài)電路就像是一個堅(jiān)固的保險箱，能夠穩(wěn)定地存儲數(shù)據(jù)。其關(guān)鍵組件包括地址譯碼器，它如同一個精準(zhǔn)的導(dǎo)航儀，能夠準(zhǔn)確地找到數(shù)據(jù)存儲的位置；時序控制電路則像是一個嚴(yán)格的指揮官，確保各個操作按照正確的時序進(jìn)行；靈敏放大器就像一個敏銳的探測器，能夠快速準(zhǔn)確地放大微弱的信號；預(yù)充電電路則為存儲單元提供了必要的電荷，保證了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定存儲。此外，SRAM通常采用異步訪問模式，這就要求在使用過程中嚴(yán)格滿足時序參數(shù)，以確保數(shù)據(jù)的正確讀寫，就像一場精密的舞蹈，每個動作都要恰到好處。程序存儲器（通常為Flash）Flash的集成方式EmbeddedFlash：這種集成方式將Flash與處理器集成在同一塊硅片上，就像將圖書館和管理員放在了同一個房間里，處理器可以直接從Flash中讀取指令，實(shí)現(xiàn)了快速的指令執(zhí)行。同時，并行擦寫速度快的特點(diǎn)，也使得程序的更新和修改更加高效。然而，這種方式需要特定的制造工藝支持，就像打造一件精美的藝術(shù)品，需要高超的技藝和特殊的材料。SIP技術(shù)：通過SPI連接獨(dú)立的Flash芯片，并將它們封裝集成在一起，就像將多個小房間連接在一起，形成了一個更大的空間。這種方式成本較低，具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。但由于需要通過SPI接口間接訪問，數(shù)據(jù)傳輸速度相對較慢，就像在不同房間之間傳遞物品，需要花費(fèi)一定的時間。創(chuàng)新方案（以CH32V307為例）CH32V307采用了一種創(chuàng)新的方案，將片上大容量SRAM進(jìn)行分區(qū)。部分SRAM用作數(shù)據(jù)存儲，就像一個多功能的倉庫，既可以存放日常用品，也可以存放重要文件；剩余的SRAM則作為SPIFlash鏡像緩沖區(qū)，就像一個高效的快遞中轉(zhuǎn)站，能夠快速地存儲和傳輸數(shù)據(jù)。在上電時，程序會自動加載到SRAM中，實(shí)現(xiàn)了零等待執(zhí)行，大大提高了系統(tǒng)的啟動速度和運(yùn)行效率，就像一輛隨時待命的賽車，能夠在瞬間啟動并飛馳而去。CH32V307的創(chuàng)新存儲可配置技術(shù)CH32V307采用了存儲可配置技術(shù)，通過配置字可以將部分Flash空間映射為SRAM使用。這種技術(shù)就像一個靈活的空間設(shè)計(jì)師，能夠根據(jù)用戶的需求，合理地分配存儲空間。例如，可以配置為192KBFlash+128KBSRAM，實(shí)現(xiàn)了實(shí)際物理資源的靈活分配，滿足了不同應(yīng)用場景對存儲的需求，就像一個可以自由組合的家具，用戶可以根據(jù)自己的房間布局和需求進(jìn)行調(diào)整。零等待執(zhí)行在CH32V307中，關(guān)鍵代碼區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了零等待執(zhí)行，這意味著處理器可以在瞬間讀取指令并執(zhí)行，大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度和響應(yīng)能力。就像一個反應(yīng)迅速的運(yùn)動員，能夠在瞬間做出反應(yīng)并完成動作，零等待執(zhí)行技術(shù)使得系統(tǒng)在處理關(guān)鍵任務(wù)時更加高效，為用戶帶來了更流暢的使用體驗(yàn)。CH32V307片上存儲器案例1片上FLASH存儲數(shù)據(jù)擦除FLASH解鎖FLASH擦除指定的FLASH空間這兩行都是調(diào)用的庫函數(shù)，可以通過打開聲明方式產(chǎn)看庫的源碼，源碼中的代碼順序就是上面流程圖的工作內(nèi)容。寫入FLASH每次給指定FLASH寫入數(shù)據(jù)前都要進(jìn)行擦除，擦除后就可以寫入數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)時需要注意按字或者半字寫入時地址的變化。寫入字的函數(shù)為：FLASH_Status

FLASH_ProgramWord(uint32_tAddress,uint32_tData)讀取FLA