設計移動電子產(chǎn)品時如何選擇快閃存儲器
發(fā)布時間:2008/5/27 0:00:00 訪問次數(shù):562
當今無線電話。pda等移動系統(tǒng)的設計人員,面對各種不同的使用要求,對如何選擇合適的微處理器,存儲器子系統(tǒng),以及i/o器件,感到十分困惑。需要綜合考慮進入市場的時限,成本,開發(fā)的工作量,尺寸,功耗,重量,性能等等一大堆限制和要求,結(jié)合各種各樣器件的特長,進行優(yōu)化搭配。由于各個項目的側(cè)重點不同,項目的最佳解決方案也不可能相同。 一切運行算法的電子系統(tǒng)基本上都可以看作是一臺有限狀態(tài)機。處理器可以看作是下一狀態(tài)的***,存儲器可以看作是記錄該狀態(tài)機當前狀態(tài)的寄存器。機器一通電,系統(tǒng)必須從非易失性存儲器取得數(shù)據(jù)進行初始化;還需要得到向下一狀態(tài)轉(zhuǎn)換的全部程序編碼?扉W存儲器作為移動通信設備存儲程序編碼的存儲器,作用非同小可。 系統(tǒng)的存儲結(jié)構(gòu) 目前快閃存儲器的種類繁多,足夠系統(tǒng)設計人員選擇。應該根據(jù)所選定的通信系統(tǒng),選擇最例行的快閃存儲器。目前移動通信系統(tǒng)的基本構(gòu)造大體上分為三類:即pc模式,小型微處理器模式,和中型微處理器模式。 典型的pc模式中,處理器依靠存儲在閃存中的bios進行啟動。接著bios被復制到dram中去,以便加快執(zhí)行的速度。隨后操作系統(tǒng)和應用軟件也先后被復制到dram中去,以便執(zhí)行。pc模式的特點有三條。第一,啟動速度慢;并且隨著操作系統(tǒng)復雜程度的增加,啟動的速度也更慢。對于消費類電子產(chǎn)品這樣慢的啟動過程,用戶是無論如何也不能接受的,必須加以改進。第二,執(zhí)行速度快。由于操作系統(tǒng)和應用軟件都復制到dram,由ram來執(zhí)行可以達到最快的速度。當然這要求dram具有相當?shù)拇笕萘。此外,斷電時需要先將機器的狀態(tài)保存到非易失性存儲器中去,因此該過程速度較慢。第三,功耗比較大。pc模式主要考慮的是達到最高的性能,沒有考慮降低功耗。 pc模式使用的閃存比較少,非易失性存儲主要依靠硬盤。盡管這種模式的性能最好,但是由于功耗大,重量重,啟動慢,很難將它推廣到比較小的電子產(chǎn)品方面去;特點是推廣應用到移動的,由電池供電的電子產(chǎn)品中去。 小型微處理器模式 在小型嵌入式微處理器系統(tǒng)中,一般都是直接從非易失性存儲器中取得程序編碼來執(zhí)行。如果有外部ram存在,那么它一定是sram,因為,所需的ram容量不大,不需要將編碼映射到ram中去,因此系統(tǒng)中也沒有內(nèi)置dram控制器。此外,sram的待機功率比較小,這一點對于依靠電池供電的系統(tǒng)非常重要。另外,作為非易失性存儲器,閃存已經(jīng)取代了eprom。裝置有小型微處理器的系統(tǒng),通常都是直接從閃存中讀取啟動編碼/os/應用程序,并執(zhí)行的,因此閃存內(nèi)需要有隨機存取的接口,所以只有nor型的閃存才能用。小型微處理器系統(tǒng)的另一個特點是速度慢。并且由于目前閃存的速度還比sram慢得多,從閃存讀取程序執(zhí)行,還不能達到與sram相同的性能。許多消費類電子產(chǎn)品,如無線電話和有線電視機頂盒都是采用小型微處理器模式。這些機器對速度的要求不太高,所以雖然nor型認存讀取速度比dram慢得多,但不是限制當前系統(tǒng)性能的因素。
表1 nor和nand閃存比較 nor nand 隨機讀取時間 80ns/16位字 15μs/528字節(jié)(頁) 扇面讀取速度 13.2兆字節(jié)/秒 12.7兆字節(jié)/秒 寫入速度 0.2兆字節(jié)/秒 2.1兆字節(jié)/秒 擦除速度 0.08兆字節(jié)/秒 5.3兆字節(jié)/秒 中型微處理器模式 采用此種模式的系統(tǒng)為了追求良好性能,需要相當大容量的dram,用來存儲互聯(lián)網(wǎng)的瀏覽器程序和windows ce操作系統(tǒng)。同時采用快閃存儲器來存儲os,應用軟件,和數(shù)據(jù)。這些系統(tǒng)在啟動時從一個較小容量的nor型閃存中取得引導程序。操作系統(tǒng)和應用軟件是從大容量閃存復制到系統(tǒng)內(nèi)存dram中,供執(zhí)行時取用。數(shù)據(jù)則儲存在大容量閃存中待用。 快閃存儲器的類型 按照存儲單元的基本結(jié)構(gòu),閃存可以分為nor型和nand型兩類。組成它們的晶體管結(jié)構(gòu)是相同的,和普通mos晶體管相比,多了一個稱為浮柵的,由多晶硅作成的控制極,周圍由二氧化硅絕緣。兩種類型快閃存儲單元的區(qū)別只是連接方法不同。 簡化了的nor單元如圖
當今無線電話。pda等移動系統(tǒng)的設計人員,面對各種不同的使用要求,對如何選擇合適的微處理器,存儲器子系統(tǒng),以及i/o器件,感到十分困惑。需要綜合考慮進入市場的時限,成本,開發(fā)的工作量,尺寸,功耗,重量,性能等等一大堆限制和要求,結(jié)合各種各樣器件的特長,進行優(yōu)化搭配。由于各個項目的側(cè)重點不同,項目的最佳解決方案也不可能相同。 一切運行算法的電子系統(tǒng)基本上都可以看作是一臺有限狀態(tài)機。處理器可以看作是下一狀態(tài)的***,存儲器可以看作是記錄該狀態(tài)機當前狀態(tài)的寄存器。機器一通電,系統(tǒng)必須從非易失性存儲器取得數(shù)據(jù)進行初始化;還需要得到向下一狀態(tài)轉(zhuǎn)換的全部程序編碼?扉W存儲器作為移動通信設備存儲程序編碼的存儲器,作用非同小可。 系統(tǒng)的存儲結(jié)構(gòu) 目前快閃存儲器的種類繁多,足夠系統(tǒng)設計人員選擇。應該根據(jù)所選定的通信系統(tǒng),選擇最例行的快閃存儲器。目前移動通信系統(tǒng)的基本構(gòu)造大體上分為三類:即pc模式,小型微處理器模式,和中型微處理器模式。 典型的pc模式中,處理器依靠存儲在閃存中的bios進行啟動。接著bios被復制到dram中去,以便加快執(zhí)行的速度。隨后操作系統(tǒng)和應用軟件也先后被復制到dram中去,以便執(zhí)行。pc模式的特點有三條。第一,啟動速度慢;并且隨著操作系統(tǒng)復雜程度的增加,啟動的速度也更慢。對于消費類電子產(chǎn)品這樣慢的啟動過程,用戶是無論如何也不能接受的,必須加以改進。第二,執(zhí)行速度快。由于操作系統(tǒng)和應用軟件都復制到dram,由ram來執(zhí)行可以達到最快的速度。當然這要求dram具有相當?shù)拇笕萘俊4送,斷電時需要先將機器的狀態(tài)保存到非易失性存儲器中去,因此該過程速度較慢。第三,功耗比較大。pc模式主要考慮的是達到最高的性能,沒有考慮降低功耗。 pc模式使用的閃存比較少,非易失性存儲主要依靠硬盤。盡管這種模式的性能最好,但是由于功耗大,重量重,啟動慢,很難將它推廣到比較小的電子產(chǎn)品方面去;特點是推廣應用到移動的,由電池供電的電子產(chǎn)品中去。 小型微處理器模式 在小型嵌入式微處理器系統(tǒng)中,一般都是直接從非易失性存儲器中取得程序編碼來執(zhí)行。如果有外部ram存在,那么它一定是sram,因為,所需的ram容量不大,不需要將編碼映射到ram中去,因此系統(tǒng)中也沒有內(nèi)置dram控制器。此外,sram的待機功率比較小,這一點對于依靠電池供電的系統(tǒng)非常重要。另外,作為非易失性存儲器,閃存已經(jīng)取代了eprom。裝置有小型微處理器的系統(tǒng),通常都是直接從閃存中讀取啟動編碼/os/應用程序,并執(zhí)行的,因此閃存內(nèi)需要有隨機存取的接口,所以只有nor型的閃存才能用。小型微處理器系統(tǒng)的另一個特點是速度慢。并且由于目前閃存的速度還比sram慢得多,從閃存讀取程序執(zhí)行,還不能達到與sram相同的性能。許多消費類電子產(chǎn)品,如無線電話和有線電視機頂盒都是采用小型微處理器模式。這些機器對速度的要求不太高,所以雖然nor型認存讀取速度比dram慢得多,但不是限制當前系統(tǒng)性能的因素。
表1 nor和nand閃存比較 nor nand 隨機讀取時間 80ns/16位字 15μs/528字節(jié)(頁) 扇面讀取速度 13.2兆字節(jié)/秒 12.7兆字節(jié)/秒 寫入速度 0.2兆字節(jié)/秒 2.1兆字節(jié)/秒 擦除速度 0.08兆字節(jié)/秒 5.3兆字節(jié)/秒 中型微處理器模式 采用此種模式的系統(tǒng)為了追求良好性能,需要相當大容量的dram,用來存儲互聯(lián)網(wǎng)的瀏覽器程序和windows ce操作系統(tǒng)。同時采用快閃存儲器來存儲os,應用軟件,和數(shù)據(jù)。這些系統(tǒng)在啟動時從一個較小容量的nor型閃存中取得引導程序。操作系統(tǒng)和應用軟件是從大容量閃存復制到系統(tǒng)內(nèi)存dram中,供執(zhí)行時取用。數(shù)據(jù)則儲存在大容量閃存中待用。 快閃存儲器的類型 按照存儲單元的基本結(jié)構(gòu),閃存可以分為nor型和nand型兩類。組成它們的晶體管結(jié)構(gòu)是相同的,和普通mos晶體管相比,多了一個稱為浮柵的,由多晶硅作成的控制極,周圍由二氧化硅絕緣。兩種類型快閃存儲單元的區(qū)別只是連接方法不同。 簡化了的nor單元如圖