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聊一聊MCU内存架构演进

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: P$ I: u  F/ j6 t
点击上方蓝色字体,关注我们6 G( V, k0 A4 d9 B

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1( D% K1 p0 r8 v3 [
STM32F103:典型的 Cortex-M3 MCU 内存架构
" `$ v2 E' c' }2 e# i! fSTM32F103 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。$ n* l5 d$ s% k% J5 P

7 y! ], h2 S. y9 W

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" f- V0 p% r5 u8 [/ H* c
内存结构说明如下:' a. I& P8 K- X5 |
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  u. M* z( C$ Q4 i9 }4 ]% W5 G% D

) F: ~3 X) Q* M$ K+ X内存特点:' n, A" p6 U/ |7 B
  • 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。
    9 [' ]5 C- z, l2 L+ j4 s
    . {: r+ v6 H6 r0 K
    2. z. [: }, @3 n+ M2 _% L. g
    RH850:高安全性汽车级 MCU 内存架构& B4 t  `1 V! s+ l& I
    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。
    ! A& ~8 [' v0 H& G0 W0 M) O  `5 X& d* @+ z& Z* }6 m

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      V3 h+ M6 S$ E; t9 j内存结构说明如下:/ _" i. H8 a; `4 F9 p
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    ( g- g$ n3 X3 h& i
    内存特点:. d6 c" \. s1 t$ C) k) G* a
  • 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。
    3 {' f- |9 R4 D9 g4 @
    : \8 b8 p& o% q& Q3 a
    3
    9 V* P2 u& z* u! Y/ P/ bTC397:高性能汽车 MCU 内存架构- {" r5 q4 Y, D) i
    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。8 @4 {$ x8 d$ ~3 {
    7 n+ E+ J0 j# k) B0 K

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    8 r9 @$ V6 A# Z8 w1 o" I内存结构说明如下:& J1 g9 m! N- H) F; D& g$ p1 h

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    内存特点:
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  • 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。: K0 u5 K7 v8 C, i' |
    7 T0 g: X9 ~7 v' c* ]- u' O9 G
    4
    ; X1 d2 w3 D0 J5 r7 s内存架构复杂化的驱动因素  ^& Y3 T/ `' u

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    , N5 \1 T1 H% K6 L) b
    计算需求增加
    0 o) R4 `, f; f
  • 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。+ y4 r# H# w, p' R( w! k' W
    可靠性和安全性要求提高
    - m) Y5 [+ W0 r1 ?1 K5 Z* d
  • 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。; p9 q2 ^; S1 K/ c; E
    总线架构演进2 z' Q- E/ R* r3 W6 E
  • 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。
    ! m& \' g- q% e% F' }2 p外设和操作系统支持- C6 m' M: ]) [9 t, ^3 P5 Y
  • 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: h" Y4 d: |, n  M4 L. N/ i% [
    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。
    , ^! x6 S. g+ N+ X3 _) i2 M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。2 u# d' D8 h1 }) O, X

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