存储器介绍
1. 概念
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；
目前主要采用半导体器件和磁性材料作为存储器的存储介质
存储器中最小的存储单位就是一个双稳态半导体电路或一个CMOS晶体管或磁性材料的存储元
存储单元由若干个存储元组成，存储器则由若干存储单元组成
每个存储单元可存放一个字节(按字节编址)，其位置都有一个编号(即地址)，一般用十六进制表示
存储器的存储容量为所有存储单元可存放数据的总和
比如一个存储器的地址码由20位二进制数(即5位十六进制数)组成，则可表示2^20，即1M个存储单元地址
每个存储单元存放一个字节，则该存储器的存储容量为1MB
按用途，存储器可分为主存储器(内存)和辅助存储器(外存)
外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息
内存指SOC上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放；关闭电源或断电，数据会丢失
按存储器的读写功能分为只读存储器(ROM)和随机读写存储器(RAM)
ROM: 存储的内容是固定不变的，只能读出而不能写入的半导体存储器
RAM: 既能读出又能写入的半导体存储器，但是断电数据丢失
TIP: Hybrid Memory指混合存储器,结合了ROM和RAM的长处,不仅具备可读写的性能,同时具备非易失性(断电数据不会丢失).
SRAM: 静态随机存储器，不需要刷新电路，数据也不会丢，速度快，但是价格昂贵，容量小
DRAM: 动态随机存储器，需要刷新电路，列地址可复用，容量大
SDRAM: 同步动态RAM，需要刷新，速度较快，容量大
DDR SDRAM: 双(或多)通道同步动态RAM，需要刷新，速度快，容量大
TIP: SDRAM的同步指的是数据的读写需要时钟来同步
2. SDRAM
2.1 介绍
在嵌入式产品，内存用的都是SDRAM
2.2 地址计算
内存是按字节编址的，所以单位是字节，1字节等于8位的
2^10 = 1024 = 1KB 2^16 = 1024*64 = 64KB 0000H ~ FFFFH( 10000H) 2^20 = 1024*1024 = 1MB 0 0000H ~ F FFFFH( 10 0000H) 2^32 = 1024*1024*4096 = 4GB 0000 0000H ~ FFFF FFFFH(10000 0000H)
其中, 内存容量 = 末地址 - 首地址 + 1
以SRAM 6264芯片为例：
该系列芯片的容量为8K*8bit
地址线至少有13根(8K = 8192 = 2^13)；数据线有8根(8bit)
存储器芯片的地址范围为: 0000H(首地址)～1FFFH(末地址)
8K即 2^12(???), 转换为16进制为0x2000(内存容量)
2.3 取址和容量
~1 bank块地址---定位逻辑块
~2 行地址和列地址---定位存储单元,共同定义了多少个存储单元
~3 容量定义: 地址数(Address Width) * 位宽(Data Bus Width) * 存储块(Bank)
SDRAM容量的常用表示方法
H5DU5162ETR-E3C --- 512Mbit, 8M x 16bit x 4banks
2.4 寻址原理
SDRAM是由多个逻辑Bank组成；每一个Bank是一个存储阵列，就如同一张表格，有行列之分
当访问某个存储单元(某字节)时，先指定行(Row)，再指定列(Column)，这就是内存芯片寻址的基本原理
寻址时就要先确定是哪个Bank，然后再在这个选定的Bank中选择相应的行与列进行寻址
可见对内存的访问，一次只能是一个Bank工作，每次与CPU交换的数据就是Bank存储阵列中一个"存储单元"的容量
SDRAM一次传输的数据量就是芯片位宽, 那么这个存储单元的容量就是芯片的位宽(也是Bank的位宽)
SDRAM的地址引脚是复用的，在读写SDRAM存储单元时，操作过程是将读写地址分两次输入到芯片中，每一次由同一组地址线送入，两次送入到芯片上去的地址分别称为行地址和列地址， 它们被锁存到芯片内部的行地址锁存器和列地址锁存器
详细可参考<SDRAM的工作原理>
存储单元数量 = 行数*列数*Bank数，而每个存储单元包含的容量即位宽，以H5DU5162ETR-E3C为例
以8M*16bit*4banks(512Mbit)为例
行数 = A0 ~ A12 (13)
列数 = A0 ~ A9 (10)
8M = 2^13 * 2^10
容量 = 8M * 4(banks) * 16bits = 512MBits = 64MBytes
2.5 引脚信号
SDRAM引脚分为以下几类
控制信号：包括片选、时钟、时钟使能、行列地址选择、读写有效及数据有效
地址信号：时分复用引脚，根据行列地址选择引脚，控制输入的地址为行地址或列地址
数据信号：双向引脚，受数据有效控制。
下图为MT48LC4M4A1 16MB SDRAM引脚图如下
引脚定义:
| 引脚 | 功能 |
| A0 ~ A10 | 地址输入引脚 |
| DQ0 ~ DQ15 | 数据输入输出接口 |
| CLK | 时钟信号输入引脚 |
| CKE | Clock Enable, 高电平时有效. 当这个引脚处于低电平期间, 提供给所有bank预充电和刷新的操作 |
| /CS | Chip Select, 片选. 一般用于多存储芯片架构, 选择进行存取操作的芯片 |
| /RAS | Row Address Select, 行地址选择 |
| /CAS | Column Address Select, 列地址选择 |
| /WE | Write Enable, 写使能信号 |
| BA | Bank地址输入信号引脚, BA信号决定了由激活哪一个bank、进行读写或者预充电操作 |
| DQM | 主要用于屏蔽输入/输出, 功能相当于/OE引脚(Output Enable) |
| VDDQ | DQ供电引脚, 可以提高抗干扰强度 |
| VSSQ | DQ供电接地引脚 |
| VSS | 芯片供电接地引脚 |
| VDD | 芯片供电引脚, 提供+3.3V ±0.3V |
| NC | 空引脚 |
TIP: 前面标有“/”或者“#”标记的表示在低电平下有效
3. FLASH
3.1 介绍
Flash，即Flash memory，通俗的叫法是"闪存"，全名称Flash EEPROM Memory.
Flash存储器结合了ROM和RAM的长处，不仅具备电子可擦除可编程(EEPROM)的性能，还可以快速读取数据(NVRAM)，使数据不会因为断电而丢失
按照内部访问接口不同，Flash分为NOR Flash和NAND Flash两种
NOR Flash: 带有SRAM接口，可在芯片内执行(XIP，eXecute In Place)，程序可以直接在Flash上运行
NAND Flash: 共用地址和数据总线，需要额外联结一些控制的输入输出，要完成地址和数据的传输就必须让这些信号轮流传送；其读取是以一次读取一块的形式来进行的，通常是一次读取512个字节，程序不能直接在NAND Flash上运行
3.2 相同点和区别
NOR Flash和NAND Flash的相同点如下
~ 均是非易失存储器，向芯片写数据必须先将芯片中对应的内容清空，然后再写入，也就是通常说的“先擦后写”；只不过NOR只用擦写一个字，而NAND需要擦写整个块
~ 闪存的读写操作不仅仅是一个物理操作，实际上在闪存上存放数据必须使用算法实现，这个模块一般在驱动程序的MTD (Memory Technology Drivers)模块中或者在FTLZ (Flash Translation Layer)层内实现，具体算法和芯片的生产厂商以及芯片型号有关系。
NOR Flash和NAND Flash的区别如下
~ NOR是随机存储介质，存储密度较低，用于数据量较小的场合；NAND是连续存储介质，存储密度高，适合存放大的数据
~ NOR以字节或字为基本单位，以块为擦除单位，以字节或字读写(FLASH中的写也称为编程)；NAND基本存储单元是页，并以页为单位读写数据，而以块为单位擦除数据
~ NOR写入速度较慢，读取速度快；NAND写入和擦除速度快，读取慢
~ NOR的可靠性要高于NAND，由于串联的架构，NAND的晶体管之间更容易造成影响，使逻辑0变成逻辑1，即位翻转(Bit-Flipping)，这就需要动用EDC/ECC(错误检测码/错误修正码)来进行校正；另外，NAND在使用中还存在着坏块管理的问题
3.3 NAND Flash
3.3.1 概念
NAND Flash中有一些基本概念OOB，ECC和BBT
~ OOB
NAND Flash中每一页对应一块区域，用于存放校验的ECC数据和其他一些信息(如文件系统相关数据和坏块信息)
对于这个区域
在Linux MTD中，被称为OOB(Out of Band)
在Datasheet中，被称为Spare Area
在ID的解释中也叫做Redundant Area
TIP: 通常把每个块第一个page的spare area的第6个byte用来标记该块是否为坏块
~ ECC
ECC即Error detection and correction，是一种用于NAND Flash的差错检测和修正算法
在OOB中有存储ECC校验和，能纠正1个比特错误和检测2个比特错误
~ BBT
BBT，即Bad block table，即坏块表，用来进行NAND Flash坏块管理
各厂家对NAND的坏块管理方法都有差异
如果专门用NAND做存储，会把BBT放到block 0(即第0块)，因为第0块一定是好块
如果NAND本身被用来boot，那么第0块就要存放程序，不能放BBT了；
有的厂商把BBT放到最后一块，当然，这一块坚决不能为坏块
BBT的大小跟NAND大小有关，NAND越大，需要的BBT也就越大
tip: OOB是每个页都有的数据，里面存的有ECC等信息, 而BBT是一个FLASH才有一个
关于NAND Flash的坏块，可以参考<NAND bad blocks>
3.3.2 特性
下图是一张NAND Flash示意图如下
NAND Flash的数据存储分层为:
1 Device = 4096 块(Block)
1 Block = 32 页(Page)
1 Page = 528 字节(Byte) = Data(512 Byte) + OOB(16 Byte)
在每一页中，最后16字节(OOB)用于NAND Flash命令执行完后设置状态用，剩余512字节又分为前半部分和后半部分
可以通过NAND Flash命令00h/01h/50h分别对前半部、后半部、OOB进行定位；通过NAND Flash内置的指针指向各自的首地址
存储操作特点是擦除操作的最小单位是块，另外每一位只能从1变为0，而不能从0变为1
所以在对其进行写入操作之前一定要将相应块擦除(擦除即是将相应块的位全部变为1, 即0xFF)
OOB部分的第6字节(即第517字节)标志是否是坏块，值为FF时不是坏块，否则为坏块
除OOB第6字节外，通常至少把OOB的前3字节用来存放NAND Flash硬件ECC码
NAND Flash从技术架构上又可分为SLC, MLC和TLC
SLC: Single-Level Cell , 即1bit/cell, 速度快寿命长, 价格贵(约MLC 3倍以上的价格), 约10万次擦写寿命
MLC: Multi-Level Cell, 即2bit/cell, 速度一般, 寿命一般, 价格一般, 约3000~10000次擦写寿命
TLC: Trinary-Level Cell, 即3bit/cell, 也有Flash厂家叫8LC, 速度慢寿命短, 价格便宜, 约500次擦写寿命
NAND Flash器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，8个引脚用来传送控制、地址和数据信息
由于时序较为复杂，所以一般CPU最好集成NAND控制器
由于NAND Flash没有挂接在地址总线上，所以如果想用NAND Flash作为系统的启动存储器，就需要CPU具备特殊的功能
如s3c2410在被选择为NAND Flash启动方式时会在上电时自动读取NAND Flash的4k数据到地址0的SRAM中
如果CPU不具备这种特殊功能，用户不能直接运行NAND Flash上的代码，那可以采取其他方式
比如除了使用NAND Flash以外，还需要一块小的NOR Flash来运行启动代码
3.3.3 引脚信号
下面介绍NAND Flash的接口引脚(出自63168VX-P302)
引脚定义:
| 引脚 | 功能 |
| I/O 0-7 | 数据输入输出, 地址输入 for x8 and x16 Devices |
| I/O 8-15 | 数据输入输出 for x16 Devices, Not Here |
| ALE | Address latch enable |
| CLE | Command latch enable |
| /WE | Write enable |
| /WP | Write protect |
| /RE | Read enable |
| /CE | Chip enable |
| RDY, /BSY | Ready / Busy |
| VDD 1-2 | Power supply |
| VSS 1-3 | Ground |
一般的NAND FLASH芯片有48 PIN，实际使用时有较多NC
有的同时支持x8和x16，有的仅支持x8
而对于处理器，则需要查看其Datasheet来确定是否支持x16设备
更多NAND Flash的内容，参考<S3C2440对Nand Flash操作和电路原理(基于K9F2G08U0A)>
3.4 NOR Flash
3.4.1 接口
根据外部接口的不同NOR Flash有普通的接口和SPI接口
普通接口的NOR Flash，多数支持CFI接口，所以，一般也叫做CFI接口；
CFI接口，相对于串行的SPI接口来说，也被称为Parallel接口，并行接口；
另外，CFI接口是JEDEC定义的，所以，有的又称CFI接口为JEDEC接口。
所以，对于NOR Flash，CFI接口＝JEDEC接口＝Parallel接口
Parallel接口NOR Flash的引脚比较多，通常有32/44/48/56/64个(参考MX29F800CTB)
SPI接口NOR Flash针脚通常有8/16个
3.4.2 SPI
SPI(Serial Peripheral Interface)，即串行外设接口
SPI总线是嵌入式设备中的一种常用的串行总线。 
SPI接口一般使用4个信号线
- SCLK: 串行时钟线
- MOSI: Master输出/Slave输入数据线
- MISO: Master输入/Slave输出数据线
- /SS : 片选或称从器件使能信号, 低电平有效
更多内容可参考:
<弄懂SPI接口>
<MX25L6445E>
3.5 文件系统
Linux系统中采用MTD来管理不同类型的Flash，包括NAND Flash和NOR Flash
支持在Flash上运行的常用文件系统有SquashFS、Cramfs、JFFS2、YAFFS等
SquashFS: 只读
Cramfs: 只读
JFFS2: 可读写, 用于NOR Flash
YAFFS: 可读写, 用于NAND Flash
更多MTD相关内容, 参考<Linux MTD介绍>
