外部 RAM

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  • 软件
  • 限制
  • 芯片版本
  • ESP32 rev v0
  • ESP32 rev v1
  • 参考资料


外部 RAM

介绍

ESP32 有几百 KiB 的内部 RAM，与 ESP32 的其余部分位于同一个芯片上。 出于某些目的，这是不够的，因此ESP32还能够使用高达 4MB 的外部 SPI RAM 存储器作为存储器。 外部存储器包含在存储器映射中，并且在某些限制内，可以与内部数据 RAM 相同的方式使用。

硬件

ESP32 支持与 SPI Flash 芯片并联的SPI（P）SRAM。 虽然 ESP32 能够支持多种类型的 RAM 芯片，但 ESP32 SDK 目前仅支持 ESP-PSRAM32 芯片。

ESP-PSRAM32 芯片是 1.8V 器件，只能与 1.8V 闪存器件并联使用。 确保在启动时将 MTDI 引脚设置为高信号电平，或者将 ESP32 中的保险丝编程为始终使用 1.8V 的 VDD_SIO 电平。 不这样做有损坏 PSRAM 和/或 Flash 芯片的风险。

*要将 ESP-PSRAM 芯片连接到 ESP32D0W ，请连接以下信号：

  • PSRAM /CE (pin 1) - ESP32 GPIO 16
  • PSRAM SO (pin 2) - flash DO
  • PSRAM SIO[2] (pin 3) - flash WP
  • PSRAM SI (pin 5) - flash DI
  • PSRAM SCLK (pin 6) - ESP32 GPIO 17
  • PSRAM SIO[3] (pin 7) - flash HOLD
  • PSRAM Vcc (pin 8) - ESP32 VCC_SDIO

ESP32D2W * 芯片的连接是 TBD。

Espressif 销售 ESP-WROVER 模块，该模块包含 ESP32,1.8V Flash 和集成在模块中的 ESP-PSRAM32，可以包含在最终产品 PCB 中。

软件

ESP-IDF 完全支持将外部存储器集成到您的应用程序中。 ESP-IDF 可以配置为以多种方式处理外部 RAM：

  • 只初始化 RAM。 这允许应用程序通过解除指向外部 RAM 存储器区域（0x3F800000 及以上）的指针来手动放置数据。
  • 初始化 RAM 并将其添加到功能分配器。 这允许程序使用 heap_caps_malloc（size，MALLOC_CAP_SPIRAM） 专门分配一块外部 RAM。 可以使用此内存，然后使用正常的 free（） 调用释放。
  • 初始化 RAM，将其添加到功能分配器，并将内存添加到可由 malloc（） 返回的 RAM 池中。 这允许任何应用程序使用外部 RAM 而无需重写代码以使用 heap_caps_malloc。

可以从 menuconfig 菜单中选择所有这些选项。

限制

使用外部 RAM 有一些限制：

  • 禁用闪存缓存时（例如，因为正在写闪存），外部 RAM 也变得无法访问;对它的任何读取或写入都将导致非法的缓存访问异常。这也是 ESP-IDF 永远不会在外部 RAM 中分配任务堆栈的原因。
  • 外部 RAM 不能用作存储 DMA 事务描述符的位置，也不能用作 DMA 传输的读取或写入缓冲区。必须使用 heap_caps_malloc（size，MALLOC_CAP_DMA） 分配将与 DMA 结合使用的任何缓冲区（并且可以使用标准的 free（） 调用释放。）
  • 外部 RAM 使用与外部闪存相同的缓存区域。这意味着外部 RAM 中经常访问的变量几乎可以像内部 RAM 一样快速地读取和修改。但是，当访问大块数据（>32K）时，缓存可能不足，速度将回落到外部 RAM 的访问速度。此外，访问大块数据可以“推出”缓存的闪存，可能会使代码执行速度变慢。
  • 外部 RAM 不能用作任务堆栈内存;因此，xTaskCreate 和类似函数将始终为堆栈和任务 TCB 分配内部存储器，而 xTaskCreateStatic 类型函数将检查传递的缓冲区是否是内部的。但是，对于不以任何方式直接或间接调用 ROM 中的代码的任务， menuconfig 选项 CONFIG_SPIRAM_ALLOW_STACK_EXTERNAL_MEMORY 将消除 xTaskCreateStatic 中的检查，从而允许外部 RAM 中的任务堆栈。但是，不建议使用此方法。

因为有一些对内部存储器有特定需求的情况，但也可以使用 malloc（） 来耗尽内部存储器，因此有一个专门为无法从外部存储器中解析的请求而保留的池;分配任务堆栈，DMA 缓冲区和在禁用缓存时仍可访问的内存从此池中提取。此池的大小可在 menuconfig 中配置。

芯片版本

ESP32 的某些修订存在一些问题，这些问题会对外部 RAM 的使用产生影响。 这些内容记录在 ESP32 ECO 文档中。 特别是， ESP-IDF 以下列方式处理提到的错误：

ESP32 rev v0

ESP-IDF 没有针对此版本硅片中的错误的解决方法，它不能用于将外部 PSRAM 映射到 ESP32s 主存储器映射中。

ESP32 rev v1

当某些机器指令序列在外部存储器位置 （ESP32 ECO 3.2） 上运行时，此芯片版本中的错误会带来危险。 为了解决这个问题，编译 ESP-IDF 的 gcc 编译器已经扩展了一个标志： -mfix-esp32-psram-cache-issue。 将此标志传递给命令行上的 gcc，编译器可以解决这些序列，并只输出可以安全执行的代码。

在 ESP-IDF 中，当您选择 CONFIG_SPIRAM_CACHE_WORKAROUND 时，将启用此标志。 ESP-IDF 还采取其他措施确保不使用 PSRAM 访问和违规指令集的组合：它链接到使用 gcc 标志重新编译的 Newlib 版本，不使用某些 ROM 函数并为 WiFi 分配静态内存叠加。