如何進(jìn)行嵌入式中常用內(nèi)存RAM淺析

1.說明

隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式芯片的內(nèi)存也越來越大。從最開始的51單片機，然后是STM32，現(xiàn)在逐漸的跑操作系統(tǒng)，例如Linux等等。這就需要嵌入式工程師掌握RAM相關(guān)的知識，如何利用好RAM是一個很大的難題，同時也是嵌入式必備的知識儲備。下面就總結(jié)一下ram相關(guān)的概念。

 

2. 基本概念

ram的全稱為隨機存取存儲器（random access memory，RAM）又稱作“隨機存儲器”，是與CPU直接交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲器，也叫主存(內(nèi)存)。它可以隨時讀寫，而且速度很快，通常作為操作系統(tǒng)或其他正在運行中的程序的臨時數(shù)據(jù)存儲媒介。

RAM是讀寫存儲器，是程序運行時臨時存放數(shù)據(jù)的，是動態(tài)存放的，每次開機，都會重新不同。所謂的內(nèi)存管理，就是關(guān)閉不需要運行的程序，釋放掉他占用的內(nèi)存。因為和內(nèi)存卡相比，內(nèi)存速度較快，價格較貴，容量較小，資源有限，相當(dāng)于系統(tǒng)運行時的數(shù)據(jù)動態(tài)緩沖區(qū)。

一般在生活中，我們都會說手機的運行內(nèi)存是多少，一般都是4GB，6GB,  8GB等等。這些性能的直接影響就是手機是否會卡，或者開很多后臺和網(wǎng)頁后依然能夠流暢使用。這些就是與RAM相關(guān)。

 

3.技術(shù)特點

對于ram，總體說起來有以下5個特點，隨機存取、掉電易失、高速訪問、需要刷新、靜電敏感。

3.1 隨機存取

所謂“隨機存取”，指的是當(dāng)存儲器中的數(shù)據(jù)被讀取或?qū)懭霑r，所需要的時間與這段信息所在的位置無關(guān)。相對的，讀取或?qū)懭腠樞蛟L問(Sequential Access)存儲設(shè)備中的信息時，其所需要的時間與位置就會有關(guān)系(如磁帶)。

3.2 易失性

當(dāng)電源關(guān)閉時RAM不能保留數(shù)據(jù)。如果需要保存數(shù)據(jù)，就必須把它們寫入靜態(tài)隨機存取存儲器一個長期的存儲設(shè)備中(例如硬盤)。RAM和ROM相比，兩者的最大區(qū)別是RAM在斷電以后保存在上面的數(shù)據(jù)會自動消失，而ROM不會。

3.3 高訪問速度

現(xiàn)代的隨機存取存儲器幾乎是所有訪問設(shè)備中寫入和讀取速度最快的，取存延遲也和其他涉及機械運作的存儲設(shè)備相比，也顯得微不足道。

3.4 需要刷新

現(xiàn)代的隨機存取存儲器依賴電容器存儲數(shù)據(jù)。電容器充滿電后代表1(二進(jìn)制)，未充電的代表0。由于電容器或多或少有漏電的情形，若不作特別處理，數(shù)據(jù)會漸漸隨時間流失。刷新是指定期讀取電容器的狀態(tài)，然后按照原來的狀態(tài)重新為電容器充電，彌補流失了的電荷。需要刷新正好解釋了隨機存取存儲器的易失性。

3.5 對靜電敏感

正如其他精細(xì)的集成電路，隨機存取存儲器對環(huán)境的靜電荷非常敏感。靜電會干擾存儲器內(nèi)電容器的電荷，引致數(shù)據(jù)流失，甚至燒壞電路。故此觸碰隨機存取存儲器前，應(yīng)先用手觸摸金屬接地。

4. RAM的分類

RAM的分類可以總結(jié)為SRAM與DRAM。DRAM又可以分為SDRAM、DDR SDRAM、RDRAM三類。

RAM：
1、SRAM
2、DRAM
   （1）、SDRAM
   （2）、DDR SDRAM
   （3）、RDRAM

RAM有兩大類，一種稱為，SRAM速度非?？?，是目前讀寫最快的存儲設(shè)備了，但是它也非常昂貴，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如CPU的一級緩沖，二級緩沖。另一種稱為，DRAM保留數(shù)據(jù)的時間很短，速度也比SRAM慢，不過它還是比任何的ROM都要快，但從價格上來說DRAM相比SRAM要便宜很多，計算機內(nèi)存就是DRAM的。

PC機的內(nèi)存類型有SDRAM、DDR SDRAM和RDRAM三種.其中DDR SDRAM內(nèi)存占據(jù)了市場的主流，而SDRAM內(nèi)存規(guī)格已不再發(fā)展，處于被淘汰的行列。RDRAM則始終未成為市場的主流，只有部分芯片組支持，而這些芯片組也逐漸退出了市場，RDRAM前景并不被看好。

4.1 SRAM

靜態(tài)RAM（Static RAM/SRAM）

不要刷新，只要不掉電，數(shù)據(jù)可以一直保存，存取速度快，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，CPU的緩存用的就是SRAM。

4.2 DRAM

動態(tài)RAM（Dynamic RAM/DRAM）
PC機的內(nèi)存就是DRAM，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，但要不斷刷新以保持?jǐn)?shù)據(jù)，存取速度相對較慢。

4.3 SDRAM

Synchronous DRAM（同步動態(tài)隨機存儲器），曾經(jīng)是PC電腦上最為廣泛應(yīng)用的一種內(nèi)存類型，即便在今天SDRAM仍舊還在市場占有一席之地。既然是“同步動態(tài)隨機存儲器”，那就代表著它的工作速度是與系統(tǒng)總線速度同步的。

與系統(tǒng)總線速度同步，也就是與系統(tǒng)時鐘同步，這樣就避免了不必要的等待周期，減少數(shù)據(jù)存儲時間。同步還使存儲控制器知道在哪一個時鐘脈沖期由數(shù)據(jù)請求使用，因此數(shù)據(jù)可在脈沖上升期便開始傳輸。SDRAM采用3.3伏工作電壓，168Pin的DIMM接口，帶寬為64位。SDRAM不僅應(yīng)用在內(nèi)存上，在顯存上也較為常見。

4.4 DDR SDRAM

嚴(yán)格的說DDR應(yīng)該叫DDR SDRAM，人們習(xí)慣稱為DDR，部分初學(xué)者也?？吹紻DR SDRAM，就認(rèn)為是SDRAM。DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的縮寫，是雙倍速率同步動態(tài)隨機存儲器的意思。DDR內(nèi)存是在SDRAM內(nèi)存基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，仍然沿用SDRAM生產(chǎn)體系，因此對于內(nèi)存廠商而言，只需對制造普通SDRAM的設(shè)備稍加改進(jìn)，即可實現(xiàn)DDR內(nèi)存的生產(chǎn)，可有效的降低成本。

SDRAM在一個時鐘周期內(nèi)只傳輸一次數(shù)據(jù)，它是在時鐘的上升期進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

DDR內(nèi)存則是一個時鐘周期內(nèi)傳輸兩次次數(shù)據(jù)，它能夠在時鐘的上升期和下降期各傳輸一次數(shù)據(jù)，因此稱為雙倍速率同步動態(tài)隨機存儲器。DDR內(nèi)存可以在與SDRAM相同的總線頻率下達(dá)到更高的數(shù)據(jù)傳輸率。

4.5 RDRAM

RDRAM（Rambus DRAM）是美國的RAMBUS公司開發(fā)的一種內(nèi)存。與DDR和SDRAM不同，它采用了串行的數(shù)據(jù)傳輸模式。RDRAM的數(shù)據(jù)存儲位寬是16位，遠(yuǎn)低于DDR和SDRAM的64位。但在頻率方面則遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二者，可以達(dá)到400MHz乃至更高。同樣也是在一個時鐘周期內(nèi)傳輸兩次次數(shù)據(jù)，能夠在時鐘的上升期和下降期各傳輸一次數(shù)據(jù)，內(nèi)存帶寬能達(dá)到1.6Gbyte/s。

普通的DRAM行緩沖器的信息在寫回存儲器后便不再保留，而RDRAM則具有繼續(xù)保持這一信息的特性，于是在進(jìn)行存儲器訪問時，如行緩沖器中已經(jīng)有目標(biāo)數(shù)據(jù)，則可利用，因而實現(xiàn)了高速訪問。另外其可把數(shù)據(jù)集中起來以分組的形式傳送，所以只要最初用24個時鐘，以后便可每1時鐘讀出1個字節(jié)。一次訪問所能讀出的數(shù)據(jù)長度可以達(dá)到256字節(jié)。

5. LPDDR

DDR SDRAM全稱為Double Data Rate SDRAM，中文名為“雙倍數(shù)據(jù)流SDRAM”。DDR SDRAM在原有的SDRAM的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來。也正因為如此，DDR能夠憑借著轉(zhuǎn)產(chǎn)成本優(yōu)勢來打敗昔日的對手RDRAM，成為當(dāng)今的主流。

 

DDR內(nèi)存經(jīng)歷了從DDR、DDR2發(fā)展到DDR3，頻率更高、電壓更低的同時延遲也在不斷變大，慢慢改變著內(nèi)存子系統(tǒng)，而DDR4最重要的使命是提高頻率和帶寬，每個針腳都可以提供2Gbps(256MB/s)的帶寬，擁有高達(dá)4266MHz的頻率，內(nèi)存容量最大可達(dá)到128GB，運行電壓正常可降低到1.2V、1.1V。

LPDDR的運行電壓（工作電壓）相比DDR的標(biāo)準(zhǔn)電壓要低，從第一代LPDDR到如今的LPDDR4，每一代LPDDR都使內(nèi)部讀取大小和外部傳輸速度加倍。其中LPDDR4可提供32Gbps的帶寬，輸入/輸出接口數(shù)據(jù)傳輸速度最高可達(dá)3200Mbps，電壓降到了1.1V。至于最新的LPDDR4X，與LPDDR4相同，只是通過將I / O電壓降低到0.6 V而不是1.1 V來節(jié)省額外的功耗，也就是更省電。

 

總結(jié)起來就是，LPDDR4比LPDDR3帶寬更大、功耗更低、頻率更高，就目前來看，大部分旗艦機型采用了LPDDR4，當(dāng)然也有例外。

RAM的使用在嵌入式中非常的關(guān)鍵，需要了解市面上常用的RAM的使用方法和技巧，這樣才更加有利于寫出更好的程序。