1、存储器 存储器 曾泽雄 2017.3.13目录 存储器分类 1 2 存储器介绍 3 FA Q 3 FA Q存储器概况 存储器(Memory)是计算机系统中的记忆设备，用来存放 程序和数据。存储器按存储特性可分为非易失和易失两大类。 程序和数据。存储器按存储特性可分为非易失和易失两大类。 目前常见的多为半导体存储器。 1 非易失性存储器 非易失存储器是指在系统停止供电的时候仍然 以保持数据 常 非易失存储器是指在系统停止供电的时候仍然可以保持数据。常见 的设备如电脑硬盘、TF卡、SD卡、U盘等。 2 易失性存储器 易失存储器是指在系统停止供电的时候数据丢失。常见的设备如电 脑内存、高速缓存、显示
2、器显存等。存储器分类存储器比较 存储器 特点 SRAM DRAM Nor Flash Nand Flash EEPROM MRAM 存储特性 易失 易失 非易失 非易失 非易失 非易失 容量 256Kb 16Mb 256Kb 512Mb 1Kb 128Kb 容量 256Kb 16Mb 16Mb 4Gb 256Kb 512Mb 512Mb 8Gb 1Kb 1Mb 128Kb 16Mb 接口 并行口 并行口 串/并行口 串/并行口 串/并行口 串/并行口 读/写速度 最快 较快 快/慢快慢快 软件支持 简单 复杂 简单 复杂 简单 简单 擦写寿命 无限 无限 十万次 百万次 十万次 无限 擦写寿命
3、 无限 无限 十万次 百万次 十万次 无限 同比价格 昂贵 便宜 便宜 适中 便宜 较贵目录 存储器分类 1 2 存储器介绍 3 FA Q 3 FA Q易失性存储器 - RAM 易失性存储器主要是指随机访问存储器RAM(Random Access Memory)。RAM是计算机中用来存放数据、程序及 y)。 是计算机中用来存放数据、程序及 运算结果，直接与CPU进行信息交换的场所。 易失性存储器按存储电路的性质，可分为静态随机存取储 存器SRAM（Static RAM）和动态随机存取储存器DRAM（ Dynamic RAM）。易失性存储器 - SRAM 1 SRAM存储原理 SRAM采用双稳态
4、触发器 来作存储元件，不存在电 容 容 的刷新问题，只要电源 正常供电，触发器就能稳 定地存储数据，因此称为 静态随机存取 储存器 其 静态随机存取 储存器。 其 存储单元的每一位都是由 双稳触发器和选通门电路 组成的 而整个存储器由 组成的 ；而整个存储器由 存储单元组成的阵列和控 制电路组成。易失性存储器 - SRAM 2 SRAM特点 连接使用方便( 不需要刷新 电路)、工作稳定、存取速 度快 约为动态随机存取储 度快(约为动态随机存取储 存器DRAM 的 3 5 倍)、使 用简单； 由于每 位的存储 都用 由于每 一位的存储， 都用 好几个晶体管，因此单片 的存储容量不易做得很高， 集
5、成度较低 价格较贵 集成度较低 ， 价格较贵 ； 由于价格相对较高，计算 机主存用得很少，主要用 作高速缓冲存储器(Cache) 作高速缓冲存储器(Cache) 。易失性存储器 - SRAM 3 SRAM推荐型号 IS61Cxx 5V高速异步SRAM,256k-4Mb IS61WVxx 1.7-3.6V Min:1.6,1.7,1.8,2.5,2.7,3V Max:2.5,3.6,5.5,6V EEPROM 工作温度: 封装: ） ） 作温度 -20C+60C（FM） -40C+85C（ON） -40C+125C （ ON ） -55C+125C （ FM ） 封装 SOP8，TSSOP8 M
6、SOP8，SOT23 WLCSP等 ） （ ）非易失性存储器 EEPROM 4 EEPROM应用场合 DVD 主板 DVD 主板 录像机 IP电话非易失性存储器 EEPROM 5 典型电路示例串行EEPROM 总 IIC总 线驱动 SPI总 线驱动非易失性存储器 EEPROM 5 典型电路示例并行EEPROM I/O直 I/O直 接驱动 EMC外 设驱动 设驱动非易失性存储器 - Flash Flash（快闪或闪存）由Intel公司于1988年首先推出的， 是一种可用电快速擦除和编程的非易失性存储器，其快速是相 是 种可用电快速擦除和编程的非易失性存储器，其快速是相 对于EEPROM而言的。F
7、lash从芯片工艺上分为Nor Flash和 Nand Flash两大类。 1 Nor Flash Nor Flash 的特点是芯片内执行(XIP ,eXecute In Place)，应用程序 可以直接在Flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。 Nor 的传输效率很高 在 的小容量时具有很高的成本效益 Flash的传输效率很高，在14MB的小容量时具有很高的成本效益。 2 Nand Flash 2 Nand Flash的结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度， 并且写入和擦除的速度很快；然而其管理和控制比较复杂。 ；非易失性存储器 - Nor Flash Nor Flash
8、根据数据传输的位数可以分为并行和串行，并 行Nor Flash每次传输多个bit位的数据；而串行Nor Flash每 行 每次传输多个 位的数据；而串行 每 次传输一个bit位的数据。并行Nor Flash比串行Nor Flash具 有更快的传输速度。 1 串行Nor Flash 主要接口有SPI、Dual SPI、Quad SPI模式。 2 并行Nor Flash 2 主要接口有8位、16位、8位/16位可选的数据传输方式。非易失性存储器 Nor Flash特点 NF lh 是非易失存储 般用于程序代码存储 特点 Nor Flash是非易失存储，一般用于程序代码存储 主推容量256Kb-51
9、2Mb MCU带SPI口、IO口比较少、成本低、体积小、 串行 MCU带SPI口、IO口比较少、成本低、体积小、 速度不高，应用十分广泛。 并行 MCU需带外部总线，速度快，内部无FLASH等 在 等高端 台 并行 用在AMR9、ARM11、A7、A8、A9等高端平台上非易失性存储器 串行Nor Flash选型非易失性存储器 并行Nor Flash选型非易失性存储器 串行Nor Flash 3 典型电路示例MX25L6445E 64Mbit SPI Flash SPI总 线驱动 线驱动非易失性存储器 并行Nor Flash 3 典型电路示例MX29F400CTB 4Mbit Nor Flash
10、 I/O直 I/O直 接驱动 EMC外 设驱动 设驱动非易失性存储器 Nand Flash特点 容量大 写速度快等优点适用于大数据的存储 特点 容量大，写速度快等优点适用于大数据的存储 主推容量512Mb-8Gb MUC带外部存储控制器、数据量大、速度快 并行 MUC带外部存储控制器、数据量大、速度快 用在AMR9、ARM11、A7、A8、A9等高端MCU 上；跑WinCE/Linux/Android等操作系统 串行 MCU带SPI口、IO口比较少、成本低、体积小 目前只有GD（北京兆易）在生产相关的产品 串行 目前只有GD（北京兆易）在生产相关的产品 但我们不推该产品线的存储非易失性存储器
11、Nand Flash选型非易失性存储器 Nand Flash选型非易失性存储器 串行NAND Flash 1 典型电路示例MX35LF1GE4AB 1Gbit Flash SPI总 线驱动 线驱动非易失性存储器 并行NAND Flash 1 典型电路示例MX30LF1Gxx 1Gbit NAND Flash I/O直 接驱动 接驱动小结 Nor Flash与Nand Flash的区别 NOR NAND vs 1. 读速度快，写速度慢 2. 擦除速度慢 擦除 数 1. 读速度慢，写速度快 2. 擦除速度快（1000:1 ） 擦除 数 3. 擦除次数 约10 万次 4. 容量小256Kb-512M
12、b 5. 单位容量价格高，适用 3. 擦除次数约100 万次 4. 容量大512Mb-8Gb 5. 单位容量价格低，适用 于小容量程序存储 6. 不易产生坏块 于大容量数据存储 6. 较易产生坏块，需 ECC 校验 ECC 校验非易失性存储器 Flash的应用 硬盘 内存卡/U盘 处理器 人机界面非易失性存储器 - MRAM MRAM(Magnetic Random Access Memory)是一种 非易失性的磁性随机存储器。它拥有静态随机存储器(SRAM) 非易失性的磁性随机存储器。它拥有静态随机存储器() 的高速读取写入能力；以及动态随机存储器(DRAM)的高集成 度，而且基本上可以无限
13、次地重复写入。非易失性存储器 MRAM 1 MRAM特性 MRAM 读/写周期时间：35ns ； 真正无限次擦除使用； 业内最长的寿命和数据保存时间超过20年的非易失特性； 单芯片最高容 量 为16Mb ； 快速、简单接 口16位或8位并行SRAM 、40MHz高速串行SPI 接口； 具有成本效益简单到只有一个晶体管、一个磁性穿隧结(1T-1MTJ)位单元； 最佳等级的软 错误率 远比其它内存优异 最佳等级的软 错误率远比其它内存优异 ； 可取代多种存 储 器 集Flash 、SRAM 、EEPROM 、DRAM的功能于一身； 具备商业级 工业级 扩展级和汽车级的可选温度范围 ； 具备商业级
14、、 工业级 、 扩展级和汽车级的可选温度范围 ； 符合RoHS规范：无电池、无铅； 小封装：TSOP 、VGA 、DFN 。非易失性存储器 MRAM 2 MRAM的存储原理 MRAM是以磁性隧道结(MTJ)储存单元为基础。MTJ中包含了一个维持单一极性方向的固 定层，和一个通过隧道结与其隔离的自由层。 当自由层被施予和固定层相同方向的极化时， MTJ的隧道结便会显现出低电阻特性；反之MTJ便会有高电阻。此磁阻效应可使MRAM 不 需改变内存状态，便能快速读取数据。当流经两金属线的电流足以切换MTJ的磁场时，在 两金属线交点的MTJ就会被极化( 写入) 。此过程能以SRAM的速度完成。 自由层
15、隧道结 固定层 小电阻 大电阻非易失性存储器 MRAM 3 MRAM的优势 MRAM 优势一： 其采用的磁性极化的方 优势二： 两个状态间的磁性极化 式与传统的电荷存储方 式不同，有效避免了电 荷漏电的问题 从而保 切换不会涉及到实际的 电子或原子移动，因此 不会有耗损机制的存在 荷漏电的问题 ，从而保 证数据能够在宽广的温 度范围内被长期保存。 不会有耗损机制的存在 。非易失性存储器 MRAM Vs FRAM FRAM铁电存储器 MRAM铁磁存储器非易失性存储器 MRAM Vs FRAM 属性 MRAM FRAM 读 无破坏性 有破坏性 读 无破坏性 有破坏性 可扩展性 是的 受到结构限制
16、读写耐力 无限次 1014 印记/保留 无 随着温度和操作电压的 减小而增加 减小而增加 铅 无 设备中的有效物质 读时 间 读写时间 35ns 55ns 周期 35ns 140ns-350ns 高温下数据保存 20年（在125 时） 85 以上时迅速降低 温度特性 -40 到125 -20 到85 非易失性存储器 MRAM Vs SRAM 6 个晶体管构成SRAM 、6 个晶体管构成 EEPROM 1 个晶体管、一个MTJ SRAM内部结构 MRAM内部结构非易失性存储器 MRAM Vs SRAM 属性 并行MRAM SRAM 时序 与SRAM兼容 与SRAM兼容 时序 与SRAM兼容 与S
17、RAM兼容 读写周期 35ns 8-45ns 一直不挥发 是的 仅在掉电时 非易失性耐力 无限制 无限制 结构复杂性 1T-1MTJ 6T 数据保存 年 掉电不保存 数据保存 20年 掉电不保存 写操作影响数据保存 否 掉电不保存 需要外部元件 否 部分需要大存储电容 可扩展性 是 受高压晶体管的限制非易失性存储器 串行MRAM 1 典型电路示例MR25H40 4Mbit MRAM SPI总 线驱动 线驱动非易失性存储器 并行MRAM 1 典型电路示例MR2A16A 256K16 MRAM I/O直 I/O直 接驱动 EMC外 设驱动 设驱动非易失性存储器 MRAM的应用非易失性存储器 MRA
18、M选型 型号 容量 数据结构 总线速度 工作电压 工作温度 封装 MR0A16A 1Mb 64Kx16 35ns 27 V 36 V CV 44-TSOP 48-BGA 16位并行 总线接口 MRAM MR0A16A 1Mb 64Kx16 35ns 2.7V 3.6V C, V 44-TSOP, 48-BGA MR2A16A 4Mb 256Kx16 35ns 2.7V3.6V C, V 44-TSOP, 48-BGA MR4A16B 16Mb 1Mbx16 35ns 2.7V3.6V C, M 54-TSOP, 48-BGA MR256A08 B 256Kb 32Kx8 35ns 2.7V3.
19、6V C, M 44-TSOP,48-BGA MR0A08B 1Mb 128Kx8 35ns 2.7V3.6V C, M 44-TSOP,48-BGA 8位并行 总线接口 MRAM MR0D08B 1Mb 128Kx8 45ns 2.7V3.6V, I/O 1.8V Blank 48-BGA MR2A08A 4Mb 512Kx8 35ns 2.7V3.6V C, M 44-TSOP,48-BGA MR4A08B 16Mb 2Mbx8 35ns 2.7V3.6V C, M 44-TSOP,48-BGA SPI串行 MR25H256 256Kb 32Kx8 40MHz 27 V 36 V CM 8
20、-DFN 备注：Blank: 0 +70 C; C: -40 +85 C; V: -40 +105 C; M: -40 +125 C SPI串行 总线接口 MRAM MR25H256 256Kb 32Kx8 40MHz 2.7V 3.6V C, M 8 DFN MR25H10 1Mb 128Kx8 40MHz 2.7V3.6V C, M 8-DFN ; ; ;目录 存储器分类 1 2 存储器介绍 3 FA Q 3 FA Q易失性存储器 - RAM 1 PCB设计注意事项 由于RAM一般都是运行在较高的时钟速率下，且均为并行接口，因 此其数据和地址等总线都要进行等长设计。易失性存储器 - RAM
21、 2 DDR向下兼容问题 一般来讲，在相同电平接口的情况下，高频的DDR可以向下兼容低 频的DDR，比如DDR4可以兼容DDR3，DDR3可以兼容DDR2等。非易失性存储器 EEPROM 1 读/写数据错误 有时会发现， 在一个EEPROM 芯片上调试完功能之后，在相同软硬 件的情况下，另外一些芯片或者不同品牌的EEPROM 芯片，读写数 据会偶尔出错甚至是发生严重错误 这个因为IC 在生产时每个芯片 据会偶尔出错甚至是发生严重错误 。 这个因为IC 在生产时每个芯片 的工艺都有细微差异，就像每片树叶一样都各有不同，且EEPROM 芯片的擦/写速度也不宜过快。 解决方案 ： 可以降低IIC的速
22、率 或者是在每帧命令后加 一 些延时等 解决方案 ： 可以降低IIC的速率 ， 或者是在每帧命令后加 些延时等 。非易失性存储器 SPI接口Flash 2 速率与幅值 带SPI 的Flash接口，一般都可以达到上百兆赫兹；而主控制器的SPI 主机也可以设置为较高的速率与Flash进行通讯。然而，电信号的速 率通常与幅值或距离成反比 距离与幅值也成反比 因此主控制器想 率通常与幅值或距离成反比 ， 距离与幅值也成反比 ， 因此主控制器想 要直接通过SPI外设与Flash进行高速率通信，往往会因幅值达不到对 方的阈值电压而导致数据采样错误。 解决方案 ： 主控制器可降低SPI速率 PCB 的SPI布线要尽可能短 解决方案 ： 主控制器可降低SPI速率 、PCB 的SPI布线要尽可能短 、 SPI可增加缓冲器或者中继器等。非易失性存储器 NAND Flash 3 坏块管理 NAND Flash芯片允许存在坏块，因此 需要建立一个坏块映射表，通过坏块置 换 保证了数据存储区的完整性和有序 换 ， 保证了数据存储区的完整性和有序 性，为数据存储的稳定性和安全性提供 了重要保障！非易失性存储器 MRAM 4 使用问题 MRAM是一种铁磁性存储器，在使用的时候，应尽量避免与强磁性物质 否则高压大电流导体进行短距离接触，否则容易导致内部数据丢失甚至 是芯片损坏 是芯片损坏 。谢谢
