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MCU片上存储器详解：RAM、ROM、Flash及TF卡、SD卡的原理与区别总汇

Create Time：2025-05-05

1. RAM

2. ROM

3. Flash

4. XIP

5. TF\SD卡

6. TF\SD卡中的ECC机制

7. TF与SD卡的区别

本篇笔记记录一下有关MCU常用存储器的定义、主要区别、常见容量以及常用的使用场景。

一般来说，MCU里的存储器件包括RAM、ROM以及Flash三种，而RAM又分为DRAM和SRAM，ROM又分为EPROM、EEPROM，Flash又分为NOR和NAND，此外，还有一种被称为SD/TF卡的存储器,它们的主要区别是什么？常见容量是多少？常见的使用场景又是什么样的？本篇笔记将回答这些问题。

1. RAM

首先来说RAM，RAM分为DRAM和SRAM，简单来说，DRAM使用电容器存储数据，数据会随时间消失，因此需要定期刷新以保持数据，所以称之为Dynamic，DRAM速度较慢但存储容量大，且成本低，一般用作MCU的主内存或者图形内存，比如我们常说的“代码会先读入RAM，然后再运行”，这里的RAM就是指的DRAM。
再来说说SRAM，SRAM使用触发器来存储数据，数据保持稳定，不需要定期刷新，所以称之为Static，SRAM速度较快，适合需要高速访问内存的场景，但SRAM成本高且容量明显小于DRAM，一般用作CPU缓存或一些高性能应用中。

2. ROM

再来说说ROM，ROM是只读存储器（与RAM最大的区别就是，ROM存储器掉电数据不丢失），可分为PROM、EPROM、EEPROM三类，这三者都属于只读存储器，区别在于修改存储的数据时，所采用的方法不同，现在最常用的就是EEPROM，一般大小在几十到几百KB之间，很少有超过512KB的，EEPROM一般用来存储用户配置参数、产品序列号、身份码、秘钥或授权信息等数据。

3. Flash

除了EEPROM以外，Flash也是一种掉电数据不丢失的存储器，它与EEPROM存储器最大的区别在于：Flash容量要远大于EEPROM，且Flash是按扇区操作数据的，而EEPROM是按字节操作数据的。Flash一般用来存放运行代码，在运行过程中不能改，所以Flash在MCU中很适合不需频繁改写的程序存储器。
至于NOR-Flash和NAND-Flash，二者区别主要在于：相比NAND，NOR的读取速度更快，但NOR容量较小，且NOR擦除速度慢，可擦除次数也低于NAND，另外，NAND的写入速度比NOR快。总的来说，NOR更类似SRAM，可按字节寻址，但容量较小，成本高；NAND更类似传统的Flash，按页/块擦除，容量较大且成本低。还有一点就是，NOR支持XIP（可直接从Flash运行代码），非常适合存放固件/内核启动程序，NAND不支持XIP，启动时需先将数据拷贝到RAM再运行。

4. XIP

有关XIP，XIP（eXecute-In-Place，原地执行）是嵌入式系统中非常重要的一项技术，它允许CPU直接从非易失性存储器（通常是NOR-Flash）中取指并执行程序，无需先拷贝到RAM中，大幅节省RAM空间，并简化系统架构。本质上，NPR-Flash被映射到处理器的可执行地址空间，程序可以像在RAM中那样运行。
总的来说，XIP是一种允许CPU直接从Flash中执行程序的机制，在嵌入式系统中极大地节省了RAM空间、提高了启动速度，是实现“精简系统设计”的关键技术之一，尤其适合MCU+NOR-Flash架构。但对写入能力、实时性和外部访问速度有严格限制，使用时需精心设计内存布局与函数位置。

5. TF\SD卡

最后说一说TF卡存储器，TF卡本质上就是NAND-Flash与外围控制器合并在一起的一种系统级存储级产品，其本质上是NAND-Flash存储颗粒与存储控制器、接口电路以及ECC合并的模块。TF卡一般可以用SPI或者SDIO接口直接读写，支持FAT等标准文件系统，而Flash存储器需要自己驱动控制，实现块设备或文件系统映射。一般用来存储图片、音频、视频等数据，典型容量约为1GB-512GB。
总的来说，TF卡是集成了控制器、支持文件系统的“系统级存储器”，用于大容量数据存储，而Flash芯片是裸存储单元，更适合高可靠、低层级控制、固件或高速缓存用途，两者本质不同，适配场景完全不同。