在每一臺嵌入式設(shè)備的核心芯片中，都存在著一種不可或缺的 “記憶載體”——ROM 與 Flash 存儲器。它們不像 RAM 那樣承擔(dān)臨時(shí)數(shù)據(jù)運(yùn)算，卻能在設(shè)備斷電后長久保存程序代碼與關(guān)鍵數(shù)據(jù)，是設(shè)備 “記住如何工作” 的根本。從早期計(jì)算器中的 Mask ROM，到如今智能手機(jī)里的 3D NAND Flash，從工業(yè)傳感器的 EEPROM，到汽車電子的車規(guī)級 Flash，ROM 與 Flash 的技術(shù)演進(jìn)不僅推動了嵌入式系統(tǒng)的小型化、低功耗與大容量發(fā)展，更成為支撐智能設(shè)備從 “簡單控制” 走向 “復(fù)雜智能” 的核心基石。理解 ROM 與 Flash 的技術(shù)邏輯、分類差異與應(yīng)用場景，便是讀懂嵌入式系統(tǒng) “記憶體系” 的關(guān)鍵。

要理解 ROM 與 Flash 的關(guān)系，首先需要明確其共同屬性 ——非易失性存儲（Non-Volatile Memory, NVM），即斷電后數(shù)據(jù)仍能長期保存的特性。這一特性使其與易失性的 RAM（斷電數(shù)據(jù)丟失）形成互補(bǔ)，共同構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)的存儲體系：RAM 負(fù)責(zé)臨時(shí)數(shù)據(jù)運(yùn)算，ROM/Flash 負(fù)責(zé)永久保存程序與核心數(shù)據(jù)。而 ROM 與 Flash 的演進(jìn)，本質(zhì)上是一場圍繞 “可編程性”“擦寫靈活性”“存儲密度” 與 “成本” 的持續(xù)優(yōu)化，逐步解決早期非易失性存儲的局限性。

（一）早期 ROM：從 “不可改” 到 “一次改” 的突破

最初的 ROM（Read-Only Memory，只讀存儲器）誕生于 20 世紀(jì) 50 年代，核心定位是 “一次性寫入、永久讀取”。最原始的 Mask ROM（掩模 ROM）通過芯片制造階段的金屬連線 “定制數(shù)據(jù)”—— 在晶圓光刻時(shí)，用掩模板定義存儲單元的 “0” 與 “1”（有金屬連線為 1，無則為 0），一旦生產(chǎn)完成便無法修改。這種 ROM 的優(yōu)勢是成本極低、可靠性極高，適合量產(chǎn)且程序固定的設(shè)備，如早期計(jì)算器的運(yùn)算邏輯、家電遙控器的控制程序。但致命缺陷是 “靈活性為零”：若程序需要修改，必須重新制作掩模板，研發(fā)周期長、成本高，完全無法適配需要迭代升級的嵌入式系統(tǒng)。

為解決 “不可修改” 的問題，PROM（Programmable ROM，可編程 ROM）應(yīng)運(yùn)而生。PROM 的存儲單元采用 “熔絲結(jié)構(gòu)”—— 每個(gè)單元對應(yīng)一根細(xì)金屬熔絲，出廠時(shí)所有熔絲導(dǎo)通（默認(rèn)數(shù)據(jù)為 1），用戶可通過專用編程器向特定單元通入高電流，熔斷熔絲（數(shù)據(jù)變?yōu)?span> 0），實(shí)現(xiàn) “一次性編程”。相比 Mask ROM，PROM 無需定制掩模板，用戶可自主寫入程序，靈活性大幅提升，但仍存在 “寫入后不可擦除” 的局限：一旦編程錯(cuò)誤，芯片便徹底報(bào)廢，僅適用于程序無需后續(xù)修改的簡單場景（如早期工業(yè)設(shè)備的固定控制邏輯）。

（二）可擦除 ROM：從 “紫外擦除” 到 “電擦除” 的跨越

隨著嵌入式系統(tǒng)對程序迭代的需求提升，“可擦除” 成為非易失性存儲的核心訴求，EPROM 與 EEPROM 由此誕生，逐步實(shí)現(xiàn) “多次擦寫” 的突破。

EPROM（Erasable PROM，可擦除可編程 ROM）在 1971 年由英特爾推出，其核心創(chuàng)新是采用 “浮柵 MOS 管” 作為存儲單元。浮柵是一個(gè)被氧化層包裹的導(dǎo)電層，寫入數(shù)據(jù)時(shí)，通過高電壓將電子注入浮柵（電子滯留代表 1，無電子代表 0）；擦除數(shù)據(jù)時(shí)，需將芯片暴露在紫外線下（波長 2537?），紫外線能量打破氧化層束縛，使浮柵電子釋放，恢復(fù)初始狀態(tài)。EPROM 首次實(shí)現(xiàn)了 “多次擦寫”（擦寫壽命約 100 次），但缺陷顯著：擦除需拆卸芯片、暴露在紫外燈下，耗時(shí)數(shù)分鐘，且無法實(shí)現(xiàn) “局部擦除”（必須整片擦除），完全無法滿足嵌入式系統(tǒng) “在線修改數(shù)據(jù)” 的需求。

真正實(shí)現(xiàn) “便捷擦寫” 的是 EEPROM（Electrically Erasable PROM，電可擦除可編程 ROM）。EEPROM 在浮柵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上優(yōu)化了氧化層設(shè)計(jì)，采用 “隧道氧化層”（更薄的氧化層），通過 “隧道效應(yīng)” 實(shí)現(xiàn)電擦除 —— 無需紫外線，僅通過芯片引腳施加反向電壓，即可使浮柵電子通過隧道氧化層釋放，且支持 “字節(jié)級擦除”（可單獨(dú)修改某個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)）。這一特性使其成為嵌入式系統(tǒng)中 “關(guān)鍵參數(shù)存儲” 的首選，如傳感器的校準(zhǔn)系數(shù)、設(shè)備的序列號、用戶設(shè)置的參數(shù)（如智能門鎖的密碼），擦寫壽命提升至 10 萬次以上，數(shù)據(jù)保持力可達(dá) 10 年。但 EEPROM 的局限在于存儲密度低、成本高—— 由于字節(jié)級擦寫需要復(fù)雜的控制電路，單個(gè)存儲單元占用面積大，無法實(shí)現(xiàn)大容量存儲（通常最大容量僅幾 MB），難以滿足程序代碼存儲的需求。

（三）Flash 的誕生：融合 “高密度” 與 “便捷擦寫” 的革命

20 世紀(jì) 80 年代，嵌入式系統(tǒng)對 “大容量程序存儲” 的需求日益迫切 ——MCU 的程序代碼從幾 KB 增長到幾十 KB，甚至幾 MB，EEPROM 的低密度與高成本已無法承載。此時(shí)，Flash 存儲器（閃存）應(yīng)運(yùn)而生，其核心目標(biāo)是 “融合 EEPROM 的電擦除優(yōu)勢與 ROM 的高密度優(yōu)勢”，解決 “大容量與低成本” 的矛盾。

Flash 的技術(shù)突破在于簡化擦除單元：不同于 EEPROM 的字節(jié)級擦除（需要每個(gè)單元獨(dú)立的擦寫電路），Flash 采用 “塊級擦除”（將多個(gè)存儲單元組成一個(gè) “塊”，統(tǒng)一擦除），大幅減少了控制電路的復(fù)雜度，單個(gè)存儲單元占用面積僅為 EEPROM 的 1/10，存儲密度顯著提升，成本大幅降低。同時(shí)，Flash 保留了 EEPROM 的電擦除特性，無需紫外線，可通過電信號實(shí)現(xiàn)擦寫，且擦寫壽命提升至 10 萬 - 100 萬次（遠(yuǎn)超 EPROM），數(shù)據(jù)保持力可達(dá) 20 年。

最初的 Flash 分為兩大技術(shù)路線：NOR Flash與NAND Flash，兩者在存儲結(jié)構(gòu)、讀寫性能與應(yīng)用場景上形成鮮明差異，共同覆蓋了嵌入式系統(tǒng)的 “代碼存儲” 與 “數(shù)據(jù)存儲” 需求 ——NOR Flash 因 “隨機(jī)讀取速度快”，適合存儲程序代碼（MCU 執(zhí)行程序時(shí)需隨機(jī)讀取指令）；NAND Flash 因 “順序讀寫速度快、存儲密度更高、成本更低”，適合存儲大容量數(shù)據(jù)（如傳感器采集的日志、多媒體文件）。這種 “分工協(xié)作” 的格局，至今仍是嵌入式存儲體系的核心架構(gòu)。