嵌入式系統應用中NV SRAM存儲器的應用

傳統方案中常常采用EPROM、EEPROM和Flash存儲程序，NVSRAM具有高速存取時(shí)間和與SRAM相同的接口，因而可用于存儲程序。本文介紹NVSRAM如何與基于程序和數據存儲的微處理器進(jìn)行接口，并說(shuō)明選用NVSRAM與現有的其它非易失存儲器相比具有哪些優(yōu)勢。

盡管EPROM、EEPROM、Flash和NVSRAM在某種程度上提供了相同特性的非易失存儲方案，而在一些特殊應用中，不適當的存儲器方案將會(huì )導致設計缺陷。微處理器系統選擇存儲器時(shí)主要面臨下列問(wèn)題：

1。對特定的應用，存儲容量不足；

2。程序存儲器需要較快的存取時(shí)間；

3。保證非易失存儲的寫(xiě)周期次數不夠大，產(chǎn)品工作在有效壽命的后期時(shí)存在可靠性問(wèn)題；

4。扇區寫(xiě)入不可避免，特別是存儲器的扇區大于微處理器的緩沖區時(shí)。

5。采用UV擦除方式不便于開(kāi)發(fā)，一般無(wú)法滿(mǎn)足在線(xiàn)編程的要求，需要特殊的附加設備，而不適當的操作會(huì )導致數據在光照下被擦除。表1列出了四種存儲器的不同特點(diǎn)，顯然，NVSRAM的綜合指標最高。

EPROM的缺陷在于需要UV擦除時(shí)間，編程時(shí)需要額外的高電壓Vpp和Vcc。EPROM為程序存儲提供了一種可行方案，在微處理器應用中能夠提供適當的接口和讀時(shí)間，但由于缺少電擦除功能無(wú)法用于非易失數據存儲。

EEPROM是一種較好的程序存儲方案，但其有限的寫(xiě)周期次數和較低的寫(xiě)速度使其很少用于數據存儲。寫(xiě)周期次數的限制使其在大多數應用中只能用于程序存儲。

初看起來(lái)，Flash是一種很好的解決方案，它同時(shí)提供了同步和異步讀功能，與EPROM和EEPROM相比具有較高的寫(xiě)速度。但Flash存在寫(xiě)周期次數有限的問(wèn)題，劃分后的扇區(64字節到64k字節)必須一次性寫(xiě)入。這意味著(zhù)數據必須由微處理器高速緩沖，然后一次寫(xiě)入Flash器件的存儲區內。如果設計中微處理器不具備足夠的內部RAM，就無(wú)法緩存這些數據。在一些應用中，如數據記錄儀，當電源出現故障時(shí)可能導致滯留在微處理器緩沖區的數據丟失。盡管市場(chǎng)上也有一些Flash器件不需要扇區寫(xiě)入，但產(chǎn)品的訂貨批量受限制。另外，這種產(chǎn)品還缺乏Flash器件標準，雖然大多數Flash器件的異步讀操作與SRAM或EPROM相同，但并非所有器件都是如此，而且，寫(xiě)接口標準較多，當產(chǎn)品更新?lián)Q代無(wú)法支持相應的標準時(shí)將限制器件的實(shí)際使用壽命。另外，還需保證寫(xiě)操作不要超出最大寫(xiě)周期次數，因為當器件達到有效壽命時(shí)將開(kāi)始出現隨機存儲誤碼。有些Flash存儲器需要提供額外的編程電壓(大于13V)以保證快速寫(xiě)模式，因而增加了系統成本，而尋找容量低于1Mb的Flash也比較困難。

NVSRAM可提供16kb至16Mb的存儲容量，存取時(shí)間高達70ns。讀、寫(xiě)接口均與SRAM保持一致，標準Vcc條件下NVSRAM與同等速度SRAM的操作完全相同。無(wú)需擔心存儲數據分區問(wèn)題，數據存儲位置與標準SRAM相同。電源失效時(shí)(Vcc跌落到標準工作電壓以下)，內部電路將片選(CE)信號置位，使存儲器處于寫(xiě)保護狀態(tài)、并切換電源以便保持數據。電源恢復正常后，NVSRAM恢復微處理器對CE信號的控制，SRAM電源切換到Vcc。CE信號被切換的瞬間只要微處理器控制信號沒(méi)有處于寫(xiě)有效狀態(tài)(CE為高)就不會(huì )丟失數據。

由于工作狀態(tài)下NVSRAM與SRAM兼容，可以用速度相符的NVSRAM簡(jiǎn)單地替代任何微處理器系統的SRAM，這種替代僅有的制約是需要了解電源所能提供的電流。Dallas半導體建議采用CPU監控電路以保證微處理器在NVSRAM就緒之前處于復位狀態(tài)。微處理器復位狀態(tài)下，絕大多數總線(xiàn)控制信號(CE、WE、RD)處于禁止狀態(tài)，能夠避免NVSRAM在有效期內數據不丟失。Maxim提供多種CPU監控電路，完全勝任這項工作，配合其它與復位信號相關(guān)的功能就能保證系統更加可靠工作。

圖1是利用單片NV

SRAM存儲程序和數據的典型電路，該電路的主要優(yōu)點(diǎn)是節省了元器件數，充分利用了存儲器空間。如果微控制器僅占用32kB存儲空間的1kB存儲程序，則其余31kB可用于非易失數據存儲。32kB的存儲容量足以滿(mǎn)足許多應用場(chǎng)合，如果對程序和數據分別采用兩類(lèi)存儲器將造成不必要的浪費，而且將迫使設計人員選用更大容量的存儲器。

利用NVSRAM存儲數據

NVSRAM非常適合在微控制器系統中存儲校準信息、記錄數據等。如上所述，與SRAM工作在相同速度的NVSRAM采用標準的Vcc電源，NVSRAM在讀、寫(xiě)操作時(shí)不需要延長(cháng)時(shí)鐘周期，除非與高速DSP或先進(jìn)的微控制器配合使用。

絕大多數微控制器、包括8051系列產(chǎn)品，均提供程序存儲器和外部RAM的控制信號，圖1表明了如何利用這些現有的控制信號產(chǎn)生一組新的單片NVSRAM控制信號，同時(shí)用于程序和數據存儲。圖2表示3V系統中如何利用現存的控制信號對兩片獨立的存儲器尋址，主要區別是PSEN用于程序存儲器輸出使能控制，8051的RD信號(P3。7)用于數據存儲器的輸出使能控制。當兩個(gè)存儲器輸出同時(shí)驅動(dòng)到總線(xiàn)時(shí)，會(huì )導致總線(xiàn)沖突；另一種出現總線(xiàn)沖突的可能是微控制器將數據輸送給NVSRAM的時(shí)候，外部存儲器受指令控制輸出數據。這些情況都需要在設計中慎重考慮，以避免總線(xiàn)沖突。

針對這種設計需要說(shuō)明兩點(diǎn)：首先，程序存儲器必須始終加寫(xiě)保護；其次，數據存儲器的可尋址空間可能大于微處理器尋址空間。

當NVSRAM的WE引腳置為高電平時(shí)，不能寫(xiě)入任何數據，因此，需利用存儲器編程器對該引腳進(jìn)行編程。BPMicrosystems和DataI/O編程器幾乎支持所有Dallas半導體的NV

SRAM。當采用編程器進(jìn)行器件編程時(shí)，注意在把器件安裝到電路之前要避免器件受ESD沖擊，因為ESD沖擊會(huì )造成器件中的數據丟失。一旦器件在保證數據正確的前提下裝入線(xiàn)路板，NVSRAM將有效保證數據的完整性。