简述嵌入式系统的高速度大容量非易失随机数据存储

1 常见高速度大容量非易失随机数据存储

高速度、大容量、非易失、随机存储是现代嵌入式应用体系数据存储的迫切需要，特别是大量的测/控过程参变量、音/视频数据、高速通信数据包、可变配置文件等的存储。高速度是指存取访问速度快，对于并行接口存储器为几到几十秒级，对于串行存储器波特率为几百kbps到几十Mbps.大容量是指以尽可能小的芯片体积得到尽可能大的数据存储密度，通常为几百千位到几百兆位。非易失随机存储器在断电后不会丢失数据。而随机存储器以铁电物质为原料，通过施加电场，依靠铁电晶体的电极在两个稳定态之间转换实现数据的读写。铁电随机存储器具备非易失、读写速度快、工作电压低、数据存储时间长等优势，但是在容量方面一直没有突破。

面对这些需求，自然会想到SRAM（Static Random Access Memory,静态随机访问存储器）、DRAM（Dynamic RAM,动态存储器）和Flash（FLASH Memory,闪速存储器）。　　SRAM不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。而DRAM（Dynamic Random Access Memory）每隔一段时间，要刷新充电一次，否则内部的数据即会消失，因此SRAM具有较高的性能。DRAM（Dynamic Random Access Memory），即动态随机存取存储器最为常见的系统内存。DRAM 只能将数据保持很短的时间。为了保持数据，DRAM使用电容存储，所以 必须隔一段时间刷新（refresh）一次，如果存储单元没有被刷新，存储的信息就会丢失。 （关机就会丢失数据）

能够部分或全部满足高速度、大容量、非易失、随机数据存取访问的存储器件主要有6种，如图1所示。

常用高速度大容量非易失存储器件的接口类型如图2所示。

特别指出：文中存储器的速度是指读/写操作访问存储器的速率，实际应用中并行存储器速度常用一次读/写操作的时间周期表示，如70~140 ns;串行存储器常用每秒读/写操作的二进制位数（即时间频率）表示，如25MHz.

2 高速度大容量非易失随机存储器件综述

2.1 电擦除可编程存储器E2PROM

EEPROM（电可擦写可编程只读存储器）是可用户更改的只读存储器（ROM），其可通过高于普通电压的作用来擦除和重编程（重写）。不像EPROM芯片，EEPROM不需从计算机中取出即可修改。在一个EEPROM中，当计算机在使用的时候是可频繁地重编程的，EEPROM的寿命是一个很重要的设计考虑参数。EEPROM的一种特殊形式是闪存，其应用通常是个人电脑中的电压来擦写和重编程。 EEPROM,一般用于即插即用（Plug Play）。常用在接口卡中，用来存放硬件设置数据。也常用在防止软件非法拷贝的硬件锁上面。

E2PROM器件的重复擦写次数在102~105次，掉电数据保存时间达10年，通常为5V、3.3V、3V、2.7V、2.5V或1.8V单电源供电。Saifun提出的Quad NROM新技术，使传统存储单元上存储的数据信息扩大了一倍，同时也大大提高了读/写访问速度。该项技术应用于E2PROM产生了很多大密度、高速度、小体积存储器件。

常用E2PROM器件有8位并行的E.PROM和SPI、I2C、1-wire等串行E2PROM.器件命名常带C,如25C.并行E2PROM容量在2~512 KB,速度为100~300 ns,如Atmel公司的5 V/512 KB的AT28C020、3.3 V/128 KB 的 AT28LV010、 3 V/64 KB 的AT28BV256,以及Mcrochip公司的28C04/16/17/32/64A等。

1一wire串行E2PROM多为低功耗器件，6或8脚的SO、SOT、TSOC或CSP封装，容量为256位~4 Kb,页模式写操作，具有WP或SHA一1数据写保护机制。

Maxim公司供应不同规格的该类器件，型号为DS243x,如电源电压为2.8~5.5 V、容量为1 Kb的DS2432.

I2C串行E2PROM容量为128位~1 Mb,低功耗，支持字节/页模式写操作，多为8脚SMD小型封装。通常有3种速度：100 kHz（标速）、400 kHz（高速）和1 MHz（全速）。采用Quad NRoM技术的该类存储器可以达到3.4 MHz,不少I2C串行E2PROM具有硬件或软件数据保护机制。Microchip、Atmel、Firechild、Saifun、Samsung、Infineon、Catalyst等很多半导体厂商生产I2C这类器件。

SPI串行E2PROM容量为256位~4 Mb,多以页模式进行写操作，带有页缓冲RAM,有软件/硬件数据保护机制。这类器件多是作为从器件工作在SPI总线协议的模式O或模式3.Xicor、Mierochip、Atmel、Saifun等很多半导体厂商生产该类器件，如4 Mb AT254096和SA25C040.

2.2 闪速存储器Flash

FLASH闪存英文名称是Flash Memory,一般简称为Flash,它属于内存器件的一种。 不过闪存的物理特性与常见的内存有根本性的差异： 目前各类 DDR 、 SDRAM 或者 RDRAM 都属于挥发性内存，只要停止电流供应内存中的数据便无法保持，因此每次电脑开机都需要把数据重新载入内存；闪存