嵌入式系统存储器：层次结构与高速缓存

"嵌入式系统的存储器系统包括多个层次，从CPU内部的寄存器开始，逐层向下扩展到高速缓存、内存、主存储器以及外部存储器。存储器层次结构的设计目的是通过高速缓存提升数据访问速度，以优化整体系统性能。高速缓冲存储器（cache）在主存和CPU之间起到关键作用，它减少了平均内存访问时间。cache可分统一cache和独立的数据/程序cache，根据不同的需求，可以有专门的指令cache和数据cache。在数据更新策略中，有写通法和写回法，写通法要求数据同时写入cache和主存，而写回法则仅更新cache，延迟到特定时刻才写回主存。" 嵌入式系统的存储器系统是一个多层次的架构，其中CPU内部的寄存器是最高层级，紧接着是芯片内的高速缓存，如L1 cache。接下来是芯片外的高速缓存，通常包括SRAM、DRAM和DDRAM，这属于S2层。S3层是主存储器，包括各种类型的非易失性存储器如Flash、PROM、EPROM和EEPROM。S4层涉及外部存储设备，如磁盘、光盘、CF卡和SD卡，这些设备通常用于存储大量数据。最后，S5层涵盖了远程二级存储，如分布式文件系统和Web服务器，它们可以作为本地存储的扩展，同时为网络系统提供数据高速缓存。 高速缓冲存储器（cache）是提高系统性能的关键组件，因为它能缩短CPU访问数据的时间。根据设计，cache可以是统一的，即同时服务于指令和数据，或者分为独立的数据cache和指令cache，分别负责数据读写和指令预取。写通法和写回法是两种常见的数据更新策略。写通法强调实时性，当CPU修改cache中的数据时，会立即同步更新到主存，保证数据一致性。而写回法则更为节能，仅在特定条件下（如cache满或数据替换时）才将修改后的数据写回主存，但这也可能导致数据延迟更新，增加数据一致性维护的复杂性。 在嵌入式系统中，由于主存储器容量有限，外部存储设备如SD卡等常用于存储大容量数据。在具有分布式文件系统的嵌入式网络系统中，这些外部存储设备还能作为其他系统数据的高速缓存，优化整个网络的数据访问效率。理解并优化这些存储层次和缓存机制对于提升嵌入式系统的性能至关重要。