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嵌入式物联网系统软硬件基础知识大全（2）

作者：羊村懒王 | 2024-05-13 23:41:26

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接口技术

1. Flash存储器

（1）Flash存储器是一种非易失性存储器，根据结构的不同可以将其分为NOR Flash和NAND

Flash两种。

（2）Flash存储器的特点：

A、区块结构：在物理上分成若干个区块，区块之间相互独立。

B、先擦后写：Flash的写操作只能将数据位从1写成0，不能从0写成1，所以在对存储器进行

写入之前必须先执行擦除操作，将预写入的数据位初始化为1。擦除操作的最小单位是一个区

块，而不是单个字节。

C、操作指令：执行写操作，它必须输入一串特殊指令（NOR Flash）或者完成一段时序

（NAND Flash）才能将数据写入。

D、位反转：由于Flash的固有特性，在读写过程中偶尔会产生一位或几位的数据错误。位反

转无法避免，只能通过其他手段对结果进行事后处理。

E、坏块：区块一旦损坏，将无法进行修复。对已损坏的区块操作其结果不可预测。

（3）NOR Flash的特点：

应用程序可以直接在闪存内运行，不需要再把代码读到系统RAM中运行。NOR Flash的传输效率很

高，在1MB~4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性

能。

（4）NAND Flash的特点

能够提高极高的密度单元，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快，这也是为何所有

的U盘都使用NAND Flash作为存储介质的原因。应用NAND Flash的困难在于闪存需要特殊的系

统接口。

（5）NOR Flash与NAND Flash的区别：

A、NOR Flash的读速度比NAND Flash稍快一些。

B、NAND Flash的擦除和写入速度比NOR Flash快很多

C、NAND Flash的随机读取能力差，适合大量数据的连续读取。

D、NOR Flash带有SRAM接口，有足够的地址引进来寻址，可以很容易地存取其内部的每一

个字节。NAND Flash的地址、数据和命令共用8位总线（有写公司的产品使用16位），每次

读写都要使用复杂的I/O接口串行地存取数据。 E、NOR Flash的容量一般较小，通常在1MB~8MB之间；NAND Flash只用在8MB以上的产

品中。因此，NOR Flash只要应用在代码存储介质中，NAND Flash适用于资料存储。

F、NAND Flash中每个块的最大擦写次数是一百万次，而NOR Flash是十万次。

G、NOR Flash可以像其他内存那样连接，非常直接地使用，并可以在上面直接运行代码；

NAND Flash需要特殊的I/O接口，在使用的时候，必须先写入驱动程序，才能继续执行其他

操作。因为设计师绝不能向坏块写入，这就意味着在NAND Flash上自始至终必须进行虚拟映

像。

H、NOR Flash用于对数据可靠性要求较高的代码存储、通信产品、网络处理等领域，被成为

代码闪存；NAND Flash则用于对存储容量要求较高的MP3、存储卡、U盘等领域，被成为数

据闪存。

2、RAM存储器

(1)SRAM的特点：

SRAM表示静态随机存取存储器，只要供电它就会保持一个值，它没有刷新周期，由触发器构成基

本单元，集成度低，每个SRAM存储单元由6个晶体管组成，因此其成本较高。它具有较高速率，常

用于高速缓冲存储器。通常SRAM有4种引脚：

CE：片选信号，低电平有效。

R/W：读写控制信号。

ADDRESS：一组地址线。

DATA：用于数据传输的一组双向信号线。

(2)DRAM的特点：

DRAM表示动态随机存取存储器。这是一种以电荷形式进行存储的半导体存储器。它的每个存储单

元由一个晶体管和一个电容器组成，数据存储在电容器中。电容器会由于漏电而导致电荷丢失，因

而DRAM器件是不稳定的。它必须有规律地进行刷新，从而将数据保存在存储器中。DRAM的接口

比较复杂，通常有一下引脚：

CE：片选信号，低电平有效。

R/W：读写控制信号。

RAS：行地址选通信号，通常接地址的高位部分。

CAS：列地址选通信号，通常接地址的低位部分。

ADDRESS：一组地址线。

DATA：用于数据传输的一组双向信号线。

(3)SDRAM的特点：

SDRAM表示同步动态随机存取存储器。同步是指内存工作需要同步时钟，内部的命令发送与数据

的传输都以它为基准；动态是指存储器阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失。它通常只能工作在

133MHz的主频。

(4)DDRAM的特点

DDRAM表示双倍速率同步动态随机存取存储器，也称DDR。DDRAM是基于SDRAM技术的，

SDRAM在一个时钟周期内只传输一次数据，它是在时钟的上升期进行数据传输；而DDR内存则是

一个时钟周期内传输两次次数据，它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据。在133MHz的

主频下，DDR内存带宽可以达到133×64b/8×2＝2.1GB/s。

3、硬盘、光盘、CF卡、SD卡

4、GPIO原理与结构

GPIO是I/O的最基本形式，它是一组输入引脚或输出引脚。有些GPIO引脚能够加以编程改变工作

方向，通常有两个控制寄存器：数据寄存器和数据方向寄存器。数据方向寄存器设置端口的方向。

如果将引脚设置为输出，那么数据寄存器将控制着该引脚状态。若将引脚设置为输入，则此输入引

脚的状态由引脚上的逻辑电路层来实现对它的控制。

5、A/D接口

(1)A/D转换器是把电模拟量转换为数字量的电路。实现A/D转换的方法有很多，常用的方法有计数

法、双积分法和逐次逼进法。

(2)计数式A/D转换法

其电路主要部件包括：比较器、计数器、D/A转换器和标准电压源。

其工作原理简单来说就是，有一个计数器，从0开始进行加1计数，每进行一次加1，该数值作为

D/A转换器的输入，其产生一个比较电压VO与输入模拟电压VIN进行比较。如果VO小于VIN则继

续进行加1计数，直到VO大于VIN，这时计数器的累加数值就是A/D转换器的输出值。

这种转换方式的特点是简单，但是速度比较慢，特别是模拟电压较高时，转换速度更慢。例如对于

一个8位A/D转换器，若输入模拟量为最大值，计数器要从0开始计数到255，做255次D/A转换和

电压比较的工作，才能完成转换。

(3)双积分式A/D转换法

其电路主要部件包括：积分器、比较器、计数器和标准电压源。

其工作原理是，首先电路对输入待测电压进行固定时间的积分，然后换为标准电压进行固定斜率的

反向积分，反向积分进行到一定时间，便返回起始值。由于使用固定斜率，对标准电压进行反向积

分的时间正比于输入模拟电压值，输入模拟电压越大

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