程序在FLASH中的执行效率比RAM中高？

背景

通常的说法是，程序在RAM中运行的效率比FLASH中的运行效率高，但是你见过程序在FLASH中运行比在RAM中运行效率高的芯片吗？

1 系统结构简介

想要了解芯片是如何取指的，需要对MCU系统的结构有一定的了解，特别是对ICode、DCode和系统总线，下面就对STM32F103系列MCU的系统总线进行一个简单的讲解，带领大家认识MCU取指过程。

下图是STM32F103大容量系列单片机的系统结构，主要由以下部分组成：

• Corte-M3内核ICode总线(I-bus)，DCode总线(D-bus)，和系统总线(S-bus)
• 两个DMA
• 内部SRAM
• 内部FLASH
• FSMC
• AHB和APB上的所有设备

本节主要针对Corte-M3内核ICode总线(I-bus)，DCode总线(D-bus)，和系统总线(S-bus)进行讲解，它是ARM公司定义的总线架构，框图如下所示。

1.1 I-BUS、D-BUS、SYS-BUS的含义

• I-BUS(Instruction bus)：指令总线，该总线将内核的指令总线与闪存指令接口相连接，指令预取在该总线上完成
• D-BUS(Data bus)：数据总线，该总线将内核的数据总线与闪存存储器的数据接口相连接(常量加载和调试访问)
• SYS-BUS(System bus)：系统总线，该总线连接内核的系统总线(外设总线)到总线矩阵，总线矩阵协调着内核和DMA间的访问

简单来说，也就是I-BUS是指令总线，负责CPU指令的正确执行，如果I-BUS出现问题，程序就不能正常运行了（程序下载到FLASH中）。

D-BUS也就是数据总线，比如访问存储在FLASH或者RAM中的数据，例如数组的值，是通过D-BUS完成的。

S-BUS是系统总线，它既可以取指，也可以访问数据，也可以访问外设。

对于STM32F103系列来说，当代码存储在FLASH中，S-BUS主要负责访问外设，I-BUS取指，D-BUS访问数据；当代码存储在RAM中的时候，此时I-BUS空闲，取指主要是通过S-BUS。

2 STM32F103在RAM和FLASH中的取指效率

2.1 Latency含义

要弄明白后面的问题，这里讲一下Latency的含义，Latency也就是Flash读取数据的等待时间，根据时钟频率不同，这个时间有所不同。

下图是Flash读时序图，可以看出，当读使能（RE）拉高之后，MCU向Flash发送需要读取的地址，Flash收到这个地址之后，有一个等待时间（Tkq），当等待的时间大于等于Tkq的时候，才能读出有效的数据，否则数据无效，这个Tkq就是我们常说的Latency。

2.2 STM32F103取值说明

从系统结果框图可知，Cortex-M3内核对Flash的操作路径比对SRAM的操作路径更短（操作SRAM多走了一条总线矩阵），按照路径的长短，内核读取Flash的数据比读取SRAM的数据更快，但是STM32F103系列单片机的FLASH在写入读取的地址之后，需要有一个等待时间，满足这个等待时间之后，才能读取有效的数据（等待时间根据主频不同有所不同），而SRAM则没有这个等待时间，所以，SRAM的取指速度比Flash快的原因就体现在Flash读取数据有一个等待时间，我们把这个等待时间叫做latency。

下图是STM32F103不同的系统时钟下，FLASH读取数据的延迟时间。

3?GD32F303在RAM和FLASH中的取指效率

通过查看GD32F303的手册发现，GD32F303对Flash前256K字节的读取没有等待时间。

再查看GD32F303的系统框图，发现操作SRAM的路径比Flash的路径长，如果程序小于256KB，那么程序在GD32F303这款芯片的Flash中的运行效率比SRAM的运行效率高。