新一代非易失性存儲器——NVSRAM的原理和應用

摘要： 本文介紹了針對高端存儲應用的最新非易失性存儲器NVSRAM?？梢愿鶕靡笠约肮δ苄枰x擇最佳的非易失性存儲器架構。

關(guān)鍵詞： Flash；EEPROM；SRAM；NVSRAM

概述

眾所周知，在非易失性存儲器領(lǐng)域，市場(chǎng)熱度節節攀升。近日，SRAM家族又增加了新的成員—NVSRAM。NVSRAM 為 Non-volatile SRAM縮寫(xiě)，即為非易失性SRAM。本文將比較各類(lèi)非易失性存儲器，并介紹NVSRAM的特點(diǎn)和優(yōu)勢， NVSRAM 的應用以及工作方式。

非易失性存儲器應用

目前非易失性方式主要有如下幾種:
*Flash 或EEPROM + SRAM/SDRAM；
*FRAM；
*基于SRAM： BBSRAM， Micropower SRAM +后備電池，NVSRAM。

下面我們分別談?wù)勥@幾種方式的優(yōu)缺點(diǎn)。

先談?wù)凢lash 以及EEPROM (+ SRAM/SDRAM)的方式，這是最原始也是目前比較普遍的方式，主要是由于其價(jià)格便宜，但其缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的，就是速度和寫(xiě)入次數的限制。  還有一點(diǎn)比較容易忽視的地方，就是在這種應用中，由于Flash或EEPROM寫(xiě)入速度慢和寫(xiě)入次數限制的問(wèn)題，數據不是實(shí)時(shí)寫(xiě)入其中，一般存儲在SRAM/SDRAM中，當到一定的時(shí)間或檢測到掉電后，再把數據寫(xiě)入EEPROM和Flash中，這樣就有很大的潛在危險。就是當掉電時(shí)數據還沒(méi)來(lái)得及存到Flash或EEPROM中，就很可能丟失重要的數據。

FRAM,鐵電存儲器，是一種新型的非易失性存貯方式，有一定的優(yōu)點(diǎn)，例如，存儲速度相對于Flash 或EEPROM快一些，在擦寫(xiě)次數上也有了很大的改進(jìn)，但其不是標準SRAM接口，對于工程師來(lái)講，假如不兼容其它產(chǎn)品 將為他的設計帶來(lái)很多麻煩 ，并且FRAM目前是獨家供貨 ，又是擺在采購面前的一項難題。

對于基于SRAM的方式來(lái)講，共同的特點(diǎn)就是，標準的SRAM接口，可以很方便的設計。但它們又各有特點(diǎn)，BBSRAM 實(shí)際上是把SRAM和后備電池包在了一起，我們可以把BBSRAM和 Micropower SRAM +后備電池這兩種方式放在一起討論。這兩種方式是比較傳統的應用方式，應用也比較廣泛，缺點(diǎn)也是比較明顯，我們把它們和NVSRAM 做一個(gè)比較(見(jiàn)表1)。

NVSRAM工作原理

NVSRAM采用SRAM+EEPROM方式，實(shí)現了無(wú)須后備電池的非易失性存儲，芯片接口、時(shí)序等與標準SRAM完全兼容，圖1為1M NVSRAM 內部框圖。

圖1 NVSRAM的內部框圖

NVSRAM的外部接口與SRAM相同，讀寫(xiě)控制都是由 片選(CE)，讀使能(OE)，寫(xiě)使能(WE)來(lái)控制 ,時(shí)序標準也與SRAM完全相同。見(jiàn)圖2。

圖2 NVSRAM與SRAM接口兼容

NVSRAM表現在外部器件與SRAM不同的就是NVSRAM需要外接一個(gè)電容，當外部電源突然斷掉時(shí)可以通過(guò)電容放電提供電源把SRAM里面的數據拷貝到EEPROM里面。見(jiàn)圖3。

圖3 NVSRAM外接電容示意圖
 
NVSRAM通常的操作都在SRAM中進(jìn)行,只有當外界突然斷電或者認為需要存儲的時(shí)候才會(huì )把數據存儲到EEPROM中去，當檢測到系統上電后會(huì )把EEPROM中的數據拷貝到SRAM中，系統正常運行。
  
NVSRAM工作方式

NVSRAM有三種存儲方式：自動(dòng)存儲，硬件存儲和軟件存儲；有兩種RECALL操作方式：自動(dòng)RECALL和軟件RECALL。

存儲是指數據從SRAM到EEPROM的過(guò)程，其過(guò)程包括兩個(gè)步驟：
1. 擦除之前EEPROM的內容；
2. 把目前SRAM的數據存到EEPROM中。

RECALL是指EEPROM到SRAM的過(guò)程。它也包括兩個(gè)步驟：
1. 清除之前SRAM的內容；
2. 把EEPROM的數據拷貝到SRAM中。

以下就詳細闡述這幾種工作方式：
自動(dòng)存儲(AutoStore)：當檢測到外界電壓低于最小值時(shí)，會(huì )自動(dòng)保存SRAM的數據到EEPROM中，其間所需要的電壓由外界的電源提供。

硬件存儲(Hardware STORE)：NVSRAM有一個(gè)/HSB 引腳，當拉到低電平時(shí)進(jìn)行存儲操作，會(huì )保存SRAM的數據到EEPROM中。

軟件存儲(Software STORE)：軟件存儲是由 一個(gè)預定義的六個(gè)連續的SRAM讀操作控制數據從SRAM保存至EEPROM中。

自動(dòng)RECALL：當檢測到外界重新上電時(shí)，會(huì )自動(dòng)從EEPROM中拷貝到SRAM中。

軟件RECALL：軟件RECALL是由 一個(gè)預定義的六個(gè)連續的SRAM讀操作控制數據從EEPROM保存至SRAM中。

NVSRAM應用

NVSRAM主要用于掉電時(shí)保存不能丟失的重要的數據，應用領(lǐng)域廣泛，下面主要介紹這種非易失性存儲器的各類(lèi)應用。

網(wǎng)絡(luò )通訊類(lèi)

路由器，高端交換機，防火墻
NVSRAM用于掉電時(shí)存儲MAC地址列表，路由表，以及存儲初始化信息，硬件版本信息等 ，當重新上電后路由器或交換機不需要重新學(xué)習MAC地址和路由表。

打印設備類(lèi)

打印機，傳真機，掃描儀
打印機：尤其是銀行打印機，當突然停電時(shí)，NVSRAM可以對已經(jīng)完成的交易，但還沒(méi)來(lái)的及打印到存折或清單上的數據儲存，等系統重新上電時(shí)打印機不會(huì )把此交易信息丟失，可以直接打印。

傳真機：NVSRAM用于存儲已經(jīng)接收到但還沒(méi)來(lái)得及打印的數據，假如傳真機已經(jīng)接收到了文件還沒(méi)來(lái)得及打印就突然停電，此時(shí)的保存就尤為重要，NVSRAM會(huì )把這些內容保存，當重新上電時(shí)又會(huì )把這部份文件打印出來(lái)，使用戶(hù)不會(huì )因為丟失重要文件而失去商機。

掃描儀：用于存儲已經(jīng)掃描了但還沒(méi)來(lái)得及打印的數據的存儲，這個(gè)作用尤其用于掃描大文件時(shí)，如果掃描后還沒(méi)來(lái)得及打印，突然斷電，NVSRAM會(huì )把這部分數據保存下來(lái)，重新上電開(kāi)機后不需要再浪費時(shí)間重新掃描。

當重新上電時(shí)，掉電前的數據不會(huì )丟失，可以避免因掉電給客戶(hù)造成的損失。

工業(yè)控制類(lèi)

工控板，鐵路信號控制系統，高壓電繼電器等
這類(lèi)產(chǎn)品中，操作過(guò)程和數據計算結果等信息尤為重要，當掉電時(shí)，NVSRAM會(huì )存儲中間操作和計算結果，重新上電時(shí)這些結果會(huì )重新拷貝到SRAM中，不會(huì )丟失任何中間計算結果。

汽車(chē)電子類(lèi)

行駛記錄儀
用于汽車(chē)實(shí)時(shí)數據的存儲，即 存放汽車(chē)發(fā)生事故前后的數據，主要是用于分析事故發(fā)生的原因和事故的責任 。發(fā)生事故時(shí),汽車(chē)系統很可能會(huì )沒(méi)有電源，需要把速度,剎車(chē)，轉向燈,車(chē)門(mén)，發(fā)動(dòng)機的溫度等一些重要的信息記錄下來(lái)，就需要使用到NVSRAM。