读取优先和SRAM-MRAM混合结构

最新推荐文章于 2024-04-18 13:32:02 发布
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#存储器 #SRAM #MRAM

文章探讨了如何通过采用读取优先的写入缓冲器策略和SRAM-MRAM混合结构来解决MRAM在高速缓存应用中的性能和功耗问题。读取优先策略保证了读操作的高效，而SRAM-MRAM混合结构减少了MRAM中的写入操作，从而提高了整体性能并降低了功耗。

MRAM因具有许多优点,有取代SRAM和DRAM的潜能。用MTJ存储单元构建的MRAM存储器可以用作高速缓存。然而MRAM写入操作的长延时和较高的功耗成为其瓶颈，阻碍了其性能的进一步提高。读取优先的写缓存器和SRAM-MRAM混合结构这两种策略可以提高MRAM的性能及降低其功耗。

读取优先和SRAM-MRAM混合结构
直接用MRAM代替SRAM可能导致性能下降。因此提出了用两种策略来缓解这个矛盾:一是引入读取优先的写入缓冲器;二是引入SRAM-MRAM混合结构。二者可以结合起来以改善MRAM高速缓存的性能。

读取优先的写入缓冲器
因为L2高速缓存从上一级存储器和写入缓冲器获取命令，必须有一个优先权策略来解决读取和写入命令的冲突。对于MRAM高速缓存,写入延时远大于读取延时,因此应防止写入操作阻塞读取操作。

提出两条规则来确保读取操作的优先权:
(1)读取操作总是具有高于写入操作的优先权。

(2)当写入操作阻塞了读取操作且写入缓冲器未满,在满足特定优先条件下，读取命令可以使当前写入操作中止。然后读取命令获得执行权力。被中止的写入操作稍后重试。用完成度α作为优先条件,完成度低于α时读取命令不会获取优先权。经模拟定α为50%可以满足各种工作条件。实现这一策略需要一个计数器,当写入开始时从O开始计数。高速缓存控制器检查计数器然后决定是否中止当前写入操作来执行读取操作。与直接用MRAM取代SRAM的方案相比，这一策略消除了性能上的退步，但是功耗增加了,因为部分写入操作需要重新执行。

SRAM-MRAM混合结构的L2高速缓存
研究者提出用SRAM-MRAM混合结构取代纯粹的MRAM存储器,其中SRAM只占一小部分。其主要目的是尽量使写入操作集中到SRAM而减少了MRAM中的写入操作数量。
在这里插入图片描述

图1SRAM-MRAM混合结构

如图1所示,研究者减少了部分MRAM,代之以sram ,并且将所有SRAM单

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<think>嗯，用户这次的问题是关于嵌入式系统中Flash和SRAM的容量单位及其作用。从对话历史看，用户之前问过USART接口的相关功能，现在转向存储器部分，可能是想系统学习STM32的硬件资源。用户引用了三条资料，分别说明不同型号的FLASH/SRAM容量、高端型号的详细规格以及Linux内存管理，但核心需求明确聚焦在基础概念上。用户应该是个嵌入式初学者，可能正在评估芯片选型或调试程序。ta特意区分了Kbytes单位，说明注意到不同芯片的规格差异。深层需求可能是想理解如何根据存储容量设计程序，比如FLASH是否够存固件，SRAM是否满足运行时需求。需要重点解释两者的物理差异：Flash属于非易失性存储器（掉电不丢失），用于存储固件；SRAM是易失性存储器（掉电丢失），用于临时变量存储。引用中的STM32L431RCT6案例很典型，64KBSRAM和256KBFlash的配置属于中端型号，而STM32F407的192KBSRAM+1MBFlash则面向更复杂的应用。要强调容量单位Kbytes（千字节）的实际含义：1KB=1024字节而非1000字节。这对计算可用空间至关重要。比如某变量数组占20KB，在64KBSRAM的芯片上最多只能放3个副本（考虑其他变量占用）。代码示例选了最基础的存储使用演示，通过计算全局数组内存展示SRAM占用，这是新手最易理解的场景。没有展示动态内存分配，避免给初学用户增加复杂度。安全建议部分强调预留余量很重要，很多产品故障都是因为未考虑峰值内存需求。最后的问题设计环环相扣：如何估算占用帮助理论计算，优化方法针对资源紧张场景，特殊需求覆盖加密等场景，掉电保护则引出外扩存储方案。这样既能解答当前问题，又为用户后续探索提供路径。</think> ### Flash和SRAM在嵌入式系统中的容量单位与作用解析 #### 一、容量单位定义 1. **Kbytes含义** 在存储单位中： $$ 1 \text{ Kbyte} = 1024 \text{ bytes} \quad (\text{二进制定义}) $$ 典型芯片规格（如STM32L431RCT6）： - FLASH：256 KB = $256 \times 1024 = 262,144$ 字节 - SRAM：64 KB = $64 \times 1024 = 65,536$ 字节[^1] #### 二、存储器功能差异 | **特性** | **Flash** | **SRAM** | |----------------|---------------------------------------|----------------------------------| | **存储性质** | 非易失性（掉电数据不丢失） | 易失性（掉电数据丢失） | | **读写速度** | 较慢（毫秒级擦写） | 极快（纳秒级访问） | | **主要用途** | 固化存储程序代码与常量数据 | 存储运行时变量及临时数据 | | **访问方式** | 需通过特殊接口（如FPEC）操作 | 直接通过总线访问 | | **物理结构** | NOR/NAND型闪存 | 静态随机存储器 | #### 三、嵌入式系统中的协同工作 1. **启动流程** 系统上电后： ```mermaid graph LR 复位 --> CPU从Flash加载启动代码 --> 初始化SRAM --> 程序解压到SRAM运行 ``` 该过程确保代码在高速SRAM中执行，提升实时性能。 2. **数据流向** ```c // 代码段（存于Flash） const uint32_t TABLE[100] = {...}; // 常量数据存Flash // 数据段（存于SRAM） uint8_t buffer[256]; // 运行时变量存SRAM int main() { while(1) { process_data(buffer); // SRAM直接读写 } } ``` Flash保存固化程序，SRAM支撑实时计算[^2]。 #### 四、容量配置实践 1. **典型芯片对比** | **型号** | **Flash** | **SRAM** | **适用场景** | |----------------|-----------|----------|---------------------| | STM32L431RCT6 | 256 KB | 64 KB | 物联网终端设备 | | STM32F407xx | 1 MB | 192 KB | 工业控制系统[^2] | 2. **容量估算原则** - Flash需求： $$ S_{\text{Flash}} = \text{代码量} \times 1.2 + \text{常量数据} + \text{冗余} $$ - SRAM需求： $$ S_{\text{SRAM}} = (\text{全局变量} + \text{堆栈}) \times 1.5 $$ #### 五、技术演进趋势 1. **新型存储器技术** - MRAM（磁阻存储器）：结合非易失性与SRAM速度 - FRAM（铁电存储器）：高耐用性（$10^{14}$次擦写） > **安全建议**：设计时应预留≥20%存储余量，防止固件升级导致溢出[^1]。 --- ###
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