非易失性存儲器的特點(diǎn)及應用介紹

隨著(zhù)消費者要求新產(chǎn)品定期增加功能或提高應用靈活性，開(kāi)發(fā)人員對修改系統應用功能的快捷性和簡(jiǎn)便性要求越來(lái)越高。從存儲器角度看，這預示著(zhù)可能需要用性能更高、合格檢測更快的先進(jìn)產(chǎn)品更換現有產(chǎn)品。新一代非易失性存儲器應具備各種參數微調功能，能夠縮減應用電路板的工程周期。

1．應用靈活性

不同應用在不同的容性負載下需要不同的工作頻率，這項要求與芯片組的性能以及電路板布局和復雜性緊密相關(guān)。例如，高頻工作環(huán)境通常對電性能的優(yōu)化要求嚴格，設計工程師需要考慮整個(gè)電路板上的電噪聲，以降低線(xiàn)路的寄生電容。在這種情況下，降低存儲器輸出驅動(dòng)器的強度更加受歡迎。此外，還必須根據工作頻率優(yōu)化指令執行速度。有時(shí)候，要想在發(fā)送命令后取得適合的高效的吞吐量，就必須減少空時(shí)鐘周期次數。

2．測試/最終使用

在應用電路板測試階段，為了正確地激勵存儲器、查看存儲器的響應，微控制器需要全套的命令和功能。這項操作靈活性測試通常用于檢測全部系統組件，以確保產(chǎn)品在生命周期內的功能。相反，標準的客戶(hù)最終應用只使用一個(gè)精簡(jiǎn)的指令集。例如，在使用SPI閃存時(shí)，最終應用通常使用讀指令(正常、快速和/或4位I/O輸入輸出)，把啟動(dòng)代碼下載到RAM存儲器。

設計人員應該優(yōu)化存儲器，以縮減系統上電期間的代碼讀取和下載時(shí)間。在新的先進(jìn)的平臺上，如車(chē)用電子、計算機光驅或藍牙模塊，SPI閃存可能用于直接從非易失性存儲器讀取部分系統固件，以縮短系統固件下載到高速易失性存儲器的過(guò)程。當然，目前出現的最新應用對存儲器的靈活性要求更加嚴格，本文稍后再做詳解。

3．XiP自適應模式

SPI閃存的的優(yōu)點(diǎn)是引腳數量少而且固定不變(8個(gè)或16個(gè))。串口閃存的這個(gè)特性可簡(jiǎn)化電路板布局，無(wú)需更改硬件即可升級固件，從而可以降低系統開(kāi)發(fā)的總體成本。

由于在簡(jiǎn)易性和成本方面的強大優(yōu)勢，PC機和消費電子市場(chǎng)出現了并口閃存改用SPI閃存的發(fā)展趨勢。只要達到性能要求時(shí)，設備廠(chǎng)商就會(huì )優(yōu)先選用串口閃存。計算機光驅、汽車(chē)電子、藍牙模塊、機頂盒和調制解調器市場(chǎng)正在引入這種能夠把代碼直接讀到非易失性存儲器內的SPI閃存。

XiP(片內執行)應用要求串口存儲器提供一種“隨機訪(fǎng)存”仿真功能，即無(wú)需發(fā)送指令即可訪(fǎng)問(wèn)存儲器內容，并準許以最大的吞吐量訪(fǎng)問(wèn)存儲器。因為傳統用途是存儲和下載代碼，所以SPI存儲器是同步器件，XIP功能迫使設計人員研發(fā)靈活的存儲器，能夠根據芯片組特性靈活地配置串行閃存。例如，在系統上電后，具有XIP功能的器件需要基于命令、地址和數據的JEDEC協(xié)議，所以有些邏輯器件不準像管理XIP器件一樣管理串口閃存。

此外，有些邏輯器件只在一條線(xiàn)上或者最多在兩條線(xiàn)上支持XIP模式，因為固有的硬件限制，不可能開(kāi)啟4位I/O輸入輸出模式。

最后，因為實(shí)現一個(gè)混合協(xié)議、接受命令的傳統存儲器和不接受命令的非傳統存儲器的設計困難，芯片組廠(chǎng)商更愿意保留原有的SPI指令結構，即命令、地址和數據。在這些情況下，高速協(xié)議結合并行化命令、地址和數據的方案更受市場(chǎng)歡迎。

選擇正確的存儲器架構

通過(guò)在新一代SPI閃存架構內引入易失性和非易失性配置寄存器，可完全滿(mǎn)足設計人員對串行閃存的靈活性要求，使閃存適合嵌入式市場(chǎng)最新平臺的應用環(huán)境。通過(guò)引入這兩種寄存器，最終用戶(hù)能夠根據平臺的需求配置存儲器。圖1簡(jiǎn)要介紹了配置寄存器的工作原理。

在標準SPI存儲器內，命令被直接送到一個(gè)具有指令解碼功能的內部寄存器內，該寄存器與狀態(tài)寄存器和內部狀態(tài)機互動(dòng)。每次上電后，標準SPI存儲器將只接受命令，以便正確地執行讀寫(xiě)擦除操作。相反，在采用配置寄存器的SPI存儲器架構中，所有操作都可以通過(guò)這些工具過(guò)濾。

在默認模式下，存儲器將是一個(gè)傳統存儲器。但是，你可以根據應用需求任意配置存儲器。例如，你可以設置寄存器的右邊部分，強制內部寄存器無(wú)命令工作且只接受地址?？梢酝ㄟ^(guò)非易失性寄存器或易失性寄存器選擇這種操作模式。如果使用非易失性寄存器選擇操作模式，必須在一次掉電/上電周期后，存儲器才能進(jìn)入所需的工作模式。表1是配置寄存器內容的示例。

使用適合的命令讀寫(xiě)配置寄存器。在上電后，存儲器的內部狀態(tài)機將檢查非易失性配置寄存器的內容，并根據寫(xiě)入該寄存器的信息執行下一項操作。

1．高速 XiP示例

如果“XiP enabled at power on”(上電開(kāi)啟XIP模式)位被置入正確數值，存儲器將只接受地址，無(wú)需對指令進(jìn)行解碼。因此，在上電結束后，存儲器將立即變成一個(gè)隨機訪(fǎng)問(wèn)存儲器，并支持芯片組設計的最高總線(xiàn)速度。存儲器可以支持四位I/O和兩位I/O輸入輸出模式，可以在接收數據前設置適合的空時(shí)鐘周期數(圖2)。