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聊一聊MCU内存架构演进

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发表于 2025-3-5 08:05:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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# M7 b. c) l5 |7 Q5 h! |1! y3 ?; l! U& S* z+ y8 C
STM32F103:典型的 Cortex-M3 MCU 内存架构
, {; I8 u6 a: L' nSTM32F103 采用 ARM Cortex-M3 内核,属于中低端 32-bit MCU,广泛应用于工业控制、物联网、消费电子等领域。. F7 a5 Y9 \( H! _

7 j% G9 M6 E6 f* J

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: v  I0 `( p2 n# o. ]' D内存结构说明如下:* }4 n9 c$ g* M4 _: O. [7 v! G$ @! |$ O

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2 B% h# H9 S6 V' A
: G1 w- J+ s! M9 T# m0 v
内存特点:
9 R' x! K1 @( B5 S
  • 片上 Flash 存储固件代码,执行速度受 Flash 访问等待周期影响。
  • SRAM 主要用于栈和堆分配,大小受限。
  • 无独立指令缓存或数据缓存,内存访问受限于总线架构。
  • 采用 AHB 总线 访问 Flash 和 SRAM。
    ' x5 `! S* Y1 l0 z4 F+ d

    " N5 G2 n6 Z% n3 f+ b+ n$ _! x2
      g4 p9 ~9 E; Y& e3 N/ l7 }RH850:高安全性汽车级 MCU 内存架构! P* T: l& m  `) Q
    RH850 是瑞萨(Renesas)推出的汽车级 MCU,用于 ECU(电子控制单元),具备更强的实时性和安全性。
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    6 ~# I7 ]2 G9 b5 |

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    内存结构说明如下:9 ?( b4 B" z& F, w
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    8 ~4 s* T3 t7 y
    内存特点:
    . h5 t' D  X: ^. W: O; L
  • 采用更大的 Code Flash,并具备 ECC(错误检测和纠正),提高可靠性。
  • 具备 Data Flash,用于存储非易失性数据,如诊断信息、标定参数等。
  • 具有 Cache 机制,优化指令和数据访问,提高运行效率。
  • 内存保护单元(MPU)限制不同任务的访问权限,提高安全性。
  • 支持 外部存储扩展,适用于复杂汽车应用。. g5 I, T! _; A, R$ M9 u

    8 _! X8 T! H2 R; C/ }" R3 z" e8 C3
    & ?* x5 u  G0 s! Y* T! x2 ^! gTC397:高性能汽车 MCU 内存架构2 x' y2 B  W* O, u7 _2 k
    TC397 是英飞凌 TriCore 架构的高端 车规 MCU,用于自动驾驶、ADAS(高级驾驶辅助系统)、动力总成等高计算需求应用。( A8 k3 P' }5 b2 D; D7 f, m
    0 W7 f, L! `4 g' W+ p" j" G7 n

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    " l0 L% O% X4 h6 H; N内存结构说明如下:% t: x" h$ E  @9 M# D$ z! v+ K
    0 K5 M1 T3 L  N3 B2 T

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    ' h! Y2 y" R3 m2 D
    内存特点:
    . d& O* L! E6 y1 V* x
  • 大容量 Flash 和 RAM,可支持复杂实时计算。
  • 采用 多级 Cache(L1 + L2),减少对外部存储的依赖,提高运行速度。
  • 具备 Scratchpad RAM,用于存放高频访问数据。
  • 支持 MMU(内存管理单元),可运行复杂操作系统(如 AUTOSAR Adaptive)。
  • 采用 高带宽总线架构,优化 CPU、DMA 和外设之间的数据交互。
    7 y/ F7 _0 |* |9 _6 a
    2 z: y' z% b2 F6 P* t6 D/ w
    4  x3 h& O3 ~* E1 u
    内存架构复杂化的驱动因素
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    1 @0 P0 y- o  A; ^2 Q. M+ ]5 w+ H) r: p2 M
    ) M. p: e& B* {4 |& G; c" W
    计算需求增加
    + k# |  w) {3 F( L: {, m8 G
  • STM32F103 主要用于简单控制任务,内存需求较小。
  • RH850 需要处理更复杂的汽车控制逻辑,需要更大的RAM和 Flash。
  • TC397作为高端汽车MCU,需要处理AI和自动驾驶任务,内存需求剧增。
    - S2 O5 g/ Y# k* D- s! [% @7 O可靠性和安全性要求提高  |7 ~9 ~0 n& |. n5 w
  • ECC(错误校正码):RH850 和 TC397 采用 ECC 保护 Flash 和 RAM,确保高可靠性。
  • MPU / MMU:现代 MCU 采用 MPU 或 MMU,提高任务隔离和安全性。
  • Data Flash:RH850 提供独立 Data Flash 以存储关键性数据,提高耐久性。- g6 z+ Y1 ~% a  q4 n7 m, a% h; x
    总线架构演进) X9 U$ R3 {0 D. e8 z3 R/ n
  • STM32F103 采用 AHB 总线,访问 Flash 速度受限。
  • RH850 采用 多层总线架构,支持 并行数据传输
  • TC397 采用 高带宽 NoC(Network-on-Chip)架构,支持多核数据交换。: n) p  G4 Y6 }- `: f  R- ^3 T
    外设和操作系统支持  g8 V' L/ G2 n! k+ ]
  • STM32F103 主要运行 裸机或 RTOS(FreeRTOS、RT-Thread),内存需求小。
  • RH850 运行 AUTOSAR Classic,需要更复杂的 内存管理和隔离机制
  • TC397 运行 AUTOSAR Adaptive 或 Linux,需要 MMU 支持虚拟内存& |. g% ~. I- N! x4 @6 L2 {* L
    MCU 的内存架构复杂化是必然趋势,原因包括计算需求增加、安全性要求提升、总线架构进化以及操作系统的复杂化。
    # z# z  x# m- B# X9 k: V未来 MCU 将进一步融合 AI、异构计算和更智能的内存管理机制,以适应自动驾驶和 IoT 的发展。
    ) s" Z2 I0 ]  O$ J7 ~

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