硬件学习笔记--65 MCU的RAM及FLash简介

        MCU（微控制器单元）内部的 RAM 和 Flash 是最关键的两种存储器，它们直接影响MCU的性能、功耗和编程方式。以下是它们的详细讲解及作用：

1. RAM（随机存取存储器）

1.1 特性

1）易失性：断电后数据丢失。

2）高速读写：比Flash快得多（纳秒级访问）。

3）随机访问：可直接读写任意地址。

4）通常容量较小：从几KB到几MB（取决于MCU型号）。

1.2 类型

1）SRAM（静态RAM）

        无需刷新电路，速度快，但成本高，占用面积大。主要用于高速缓存或小容量RAM（如STM32的CCM RAM）。

2）DRAM（动态RAM）

        需要定期刷新，集成度高，成本低，但MCU通常不内置（多见于外部扩展RAM）。

1.3 作用

1）存储运行时变量：全局变量、局部变量、数组、结构体等。

2）堆栈（Stack）：存储函数调用时的返回地址、局部变量、寄存器状态等。如果堆栈溢出（Stack Overflow），程序会崩溃。

3）堆（Heap）：动态内存分配（如malloc()），但嵌入式系统通常避免使用（容易导致内存碎片）。

4）数据缓冲区：如串口接收缓存、DMA传输数据存放区等。

1.4 典型应用

• 在STM32F103中，RAM可能是 20KB，用于存储：全局变量（.data 段）；未初始化的变量（.bss 段）；堆栈（由启动文件配置大小）

2. Flash（闪存）

2.1 特性

1）非易失性：断电后数据不丢失。

2）可擦写：支持多次编程（寿命约 1万~10万次）。

3）较慢的写入速度：擦除和写入需要较长时间（微秒~毫秒级）。

4）容量较大：从几十KB到几MB（取决于MCU型号）。

2.1 类型

1）Nor Flash：支持 XIP（eXecute In Place），CPU可直接从Flash执行代码，无需全部加载到RAM。主要用于存储程序代码（如STM32的Flash）。

2）Nand Flash：容量大、成本低，但需要坏块管理，一般用于外部存储（如eMMC、SD卡）。

2.2 作用

1）存储程序代码（.text段）：编译后的固件（.bin / .hex 文件）烧录到Flash。

2）存储常量数据（.rodata段）：如const变量、字符串常量、查找表等。

3）存储非易失性数据：如系统配置、校准参数、日志等（需注意擦写寿命）。

2.3 典型应用

        在STM32F103中，Flash可能是 64KB~512KB，用于存储：程序代码（.text）；只读数据（.rodata）；初始化数据（.data 在启动时从Flash加载到RAM）。

3. RAM vs Flash 对比汇总

特性	RAM	Flash
易失性	断电数据丢失	断电数据保留
读写速度	极快（ns级）	较慢（µs~ms级写入）
寿命	无限次读写	约1万~10万次擦写
用途	运行时变量、堆栈	程序代码、常量数据
典型容量	几KB~几MB	几十KB~几MB

4. 常见问题 & 注意事项

4.1  RAM不足怎么办？

1）优化数据结构（如用uint8_t代替int）。

2）减少全局变量，多用局部变量（栈内存）。

3）避免动态内存分配（malloc），防止内存碎片。

4.2  Flash寿命如何管理？

1）减少频繁写入（如日志采用循环缓冲区）。

2）关键数据存储到 EEPROM 或 FRAM（如STM32的Option Bytes）。

4.3 代码如何执行？

1）XIP（就地执行）：大多数ARM MCU直接从Flash运行代码，节省RAM。

2）部分加载到RAM：对性能关键代码（如中断服务程序）可复制到RAM执行。

5. 总结

1）RAM：存储运行时数据，速度快但容量小，需合理管理。

2）Flash：存储程序代码和常量，非易失但写入慢，需注意擦写次数。

3）协作方式：

        上电后，CPU从Flash读取代码执行。变量和堆栈在RAM中动态分配。常量数据（如const）存放在Flash，运行时无需加载到RAM。