STM32单片机操作系统与外部存储交互：拓展容量，满足需求，优化嵌入式系统存储管理

# 1. 嵌入式系统存储概述**

嵌入式系统存储管理是嵌入式系统设计中的一个关键方面，因为它决定了系统存储数据的容量、速度和可靠性。嵌入式系统通常具有有限的存储资源，因此优化存储管理对于确保系统高效运行至关重要。

本节将介绍嵌入式系统存储的基本概念，包括存储器类型、存储器层次结构和存储管理技术。我们将探讨嵌入式系统中使用的不同类型的存储器，以及它们各自的优点和缺点。此外，我们将讨论存储器层次结构，它描述了不同类型的存储器如何协同工作以优化系统性能。

# 2. STM32单片机外部存储接口

### 2.1 SPI接口

#### 2.1.1 SPI通信原理

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口）是一种同步串行通信协议，用于在主设备和一个或多个从设备之间传输数据。SPI通信使用四根线：SCLK（时钟线）、MOSI（主输出从输入线）、MISO（主输入从输出线）和SS（片选线）。

SPI通信过程如下：

1. 主设备通过SS线片选从设备。
2. 主设备通过SCLK线发送时钟信号。
3. 主设备通过MOSI线发送数据。
4. 从设备通过MISO线接收数据。

#### 2.1.2 STM32单片机SPI接口配置

STM32单片机提供了多个SPI接口，可以通过软件配置这些接口的时钟频率、数据位宽和通信模式。以下代码示例演示了如何配置SPI1接口：

// 初始化SPI1接口
SPI_InitTypeDef SPI1_InitStruct;
SPI1_InitStruct.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_256;
SPI1_InitStruct.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
SPI1_InitStruct.CLKPhase = SPI_CLKPHASE_2EDGE;
SPI1_InitStruct.CLKPolarity = SPI_CLKPOLARITY_LOW;
SPI1_InitStruct.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
SPI1_InitStruct.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
SPI1_InitStruct.NSS = SPI_NSS_SOFT;
SPI1_InitStruct.Mode = SPI_MODE_MASTER;
SPI_Init(SPI1, &SPI1_InitStruct);

// 使能SPI1接口
SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);

**参数说明：**

* `BaudRatePrescaler`: SPI时钟预分频系数，用于设置SPI时钟频率。
* `Direction`: SPI通信方向，可以是单向或双向。
* `CLKPhase`: SPI时钟相位，可以是第一沿或第二沿采样。
* `CLKPolarity`: SPI时钟极性，可以是低电平有效或高电平有效。
* `DataSize`: SPI数据位宽，可以是8位、16位或32位。
* `FirstBit`: SPI数据传输的起始位，可以是MSB或LSB。
* `NSS`: SPI片选模式，可以是硬件片选或软件片选。
* `Mode`: SPI通信模式，可以是主模式或从模式。

### 2.2 I2C接口

#### 2.2.1 I2C通信原理

I2C（Inter-Integrated Circuit，集成电路间总线）是一种串行通信协议，用于在多个设备之间传输数据。I2C通信使用两根线：SCL（时钟线）和SDA（数据线）。

I2C通信过程如下：

1. 主设备通过SCL线发送时钟信号。
2. 主设备通过SDA线发送数据。
3. 从设备通过SDA线接收数据。

#### 2.2.2 STM32单片机I2C接口配置

STM32单片机提供了多个I2C接口，可以通过软件配置这些接口的时钟频率和通信模式。以下代码示例演示了如何配置I2C1接口：

// 初始化I2C1接口
I2C_InitTypeDef I2C1_InitStruct;
I2C1_InitStruct.ClockSpeed = 100000;
I2C1_InitStruct.Mode = I2C_MODE_I2C;
I2C1_InitStruct.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
I2C1_InitStruct.OwnAddress1 = 0x00;
I2C1_InitStruct.Ack = I2C_ACK_ENABLE;
I2C1_InitStruct.AcknowledgedAddress = I2C_ACKNOWLEDGED_ADDRESS_7BIT;
I2C_Init(I2C1, &I2C1_InitStruct);

// 使能I2C1接口
I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);

**参数说明：**

* `ClockSpeed`: I2C时钟频率，单位为Hz。
* `Mode`: I2C通信模式，可以是I2C模式或SMBus模式。
* `DutyCycle`: I2C时钟占空比，可以是2:1或16:9。
* `OwnAddress1`: I2C设备自己的地址，用于从模式下接收数据。
* `Ack`: I2C应答模式，可以是应答或不应答。
* `AcknowledgedAddress`: I2C应答地址模式，可以是7位地址或10位地址。

### 2.3 SDIO接口

#### 2.3.1 SDIO通信原理

SDIO（Secure Digital Input/Output，安全数字输入/输出）是一种串行通信协议，用于与SD卡等存储设备进行通信。SDIO通信使用四根线：SCLK（时钟线）、CMD（命令线）、DATA0-3（数据线）。

SDIO通信过程如下：

1. 主设备通过CMD线发送命令。
2. 主设备通过SCLK线发送时钟信号。
3. 主设备通过DATA0-3线发送或接收数据。

#### 2.3.2 STM32单片机SDIO接口配置

STM32单片机提供了多个SDIO接口，可以通过软件配置这些接口的时钟频率、数据位宽和通信模式。以下代码示例演示了如何配置SDIO1接口：

// 初始化SDIO1接口
SDIO_InitTypeDef SDIO1_InitStruct;
SDIO1_InitStruct.ClockEdge = SDIO_CLOCK_EDGE_RISING;
SDIO1_InitStruct.ClockBypass = SDIO_CLOCK_BYPASS_DISABLE;
SDIO1_InitStruct.ClockPowerSave = SDIO_CLOCK_POWER_SAVE_DISABLE;
SDIO1_InitStruct.BusWide = SDIO_BUS_WIDE_1BIT;
SDIO1_InitStruct.HardwareFlowControl = SDIO_HARDWARE_FLOW_CONTROL_DISABLE;
SDIO1_InitStruct.ClockDiv = 0;
SDIO_Init(SDIO1, &SDIO1_InitStruct);

// 使能SDIO1接口
SDIO_Cmd(SDIO1, ENABLE);

**参数说明：**

* `ClockEdge`: SDIO时钟沿，可以是上升沿或下降沿。
* `ClockBypass`: SDIO时钟旁路模式，可以是旁路或不旁路。
* `ClockPowerSave`: SDIO时钟省电模式，可以是省电或不省电。
* `BusWide`: SDIO总线宽度，可以是1位、4位或8位。
* `HardwareFlowControl`: SDIO硬件流控模式，可以是启用或禁用。
* `ClockDiv`: SDIO时钟分频系数，用于设置SDIO时钟频率。

# 3. 外部存储器类型与选择

### 3.1 NOR Flash