嵌入式系统设计师存储管理复习精华

"嵌入式系统设计师考试复习笔记之存储管理篇" 嵌入式系统的存储管理是其设计中的关键部分，因为它直接影响着系统性能和效率。本文主要围绕存储器的层次结构、高速缓存的工作原理与类型、以及存储管理单元（MMU）的功能展开。 1、存储器系统的层次架构 计算机系统采用层次化存储模型，旨在平衡速度、容量和成本。从最快到最慢，分别是CPU内部寄存器、芯片内部高速缓存、外部高速缓存（如SRAM、SDRAM、DRAM）、主存储器（包括FLASH、EEPROM）、外部存储设备（如磁盘、光盘、CF卡、SD卡）以及远程二级存储器。这种结构允许快速访问常用数据，同时提供大量存储空间。 2、高速缓存(cache) 高速缓存是提高系统性能的关键，利用了程序的局部性原理，即程序倾向于连续访问同一块内存区域。地址映象和地址变换是高速缓存工作的基础，确保主存地址与cache地址之间的对应关系。直接映象简单但可能造成冲突，组相联和全相联映象则提供了更高的命中率。常见的替换策略有轮转法和随机替换。高速缓存还有不同的类型，如统一cache处理数据和指令，写通cache直接写回内存，而写回cache则暂时存储写操作，读操作分配cache只在读取时进行分配，写操作分配cache则在写入时分配。 3、存储管理单元(MMU) MMU是CPU与物理内存间的桥梁，负责虚拟地址到物理地址的转换，确保内存访问的安全性和效率。其主要任务包括： A. 实现虚拟地址空间到物理地址空间的映射，这通常通过页表来完成，页表记录了虚拟页对应的物理页地址以及其他相关信息。 B. 控制存储器访问权限，保护数据不被非法访问。 C. 设置虚拟存储空间的缓冲特性，优化内存访问策略。 在嵌入式系统中，页式存储管理是常见的方法，通过页表管理和调度内存页面，确保高效的空间利用率和访问速度。页表的每一项包含虚拟页对应的物理页地址、访问权限和缓冲属性等详细信息。 总结起来，嵌入式系统设计师在准备考试时，需要深入理解存储管理的这些核心概念，包括存储器层次、高速缓存机制以及MMU的作用，因为这些都是考试的常考点。通过理解并掌握这些知识，不仅可以应对考试，还能在实际开发中提升嵌入式系统的性能和稳定性。