嵌入式系统应用中NV SRAM存储器的应用 微处理器, 存储器, 嵌入式, Flash

尽管EPROM、EEPROM、Flash和NV SRAM在某种程度上提供了相同特性的非易失存储方案，而在一些特殊应用中，不适当的存储器方案将会导致设计缺陷。微处理器系统选择存储器时主要面临下列问题：
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                                                                                                       嵌入式系统应用中NV SRAM存储器的应用                                                                                                                                                                上网日期:                        2002年09月28日                                                                                 
                                       
               

               
                                                                       
                         关键字：memory                                            eprom                                            eeprom                                            nv sram                                            flash memory                                                              
        传统方案中常常采用EPROM、EEPROM和Flash存储程序， NV SRAM具有高速存取时间和与SRAM相同的接口，因而可用于存储程序。本文介绍NV SRAM如何与基于程序和数据存储的微处理器进行接口，并说明选用NV SRAM与现有的其它非易失存储器相比具有哪些优势。
尽管EPROM、EEPROM、Flash和NV SRAM在某种程度上提供了相同特性的非易失存储方案，而在一些特殊应用中，不适当的存储器方案将会导致设计缺陷。微处理器系统选择存储器时主要面临下列问题：
1. 对特定的应用，存储容量不足；

2. 程序存储器需要较快的存取时间；

3. 保证非易失存储的写周期次数不够大，产品工作在有效寿命的后期时存在可靠性问题；

4. 扇区写入不可避免，特别是存储器的扇区大于微处理器的缓冲区时。

5. 采用UV擦除方式不便于开发，一般无法满足在线编程的要求，需要特殊的附加设备，而不适当的操作会导致数据在光照下被擦除。表1列出了四种存储器的不同特点，显然，NV SRAM的综合指标最高。
EPROM的缺陷在于需要UV擦除时间，编程时需要额外的高电压Vpp和Vcc。EPROM为程序存储提供了一种可行方案，在微处理器应用中能够提供适当的接口和读时间，但由于缺少电擦除功能无法用于非易失数据存储。
EEPROM是一种较好的程序存储方案，但其有限的写周期次数和较低的写速度使其很少用于数据存储。写周期次数的限制使其在大多数应用中只能用于程序存储。
初看起来，Flash是一种很好的解决方案，它同时提供了同步和异步读功能，与EPROM和EEPROM相比具有较高的写速度。但Flash存在写周期次数有限的问题，划分后的扇区(64字节到64k字节)必须一次性写入。这意味着数据必须由微处理器高速缓冲，然后一次写入Flash器件的存储区内。如果设计中微处理器不具备足够的内部RAM，就无法缓存这些数据。在一些应用中，如数据记录仪，当电源出现故障时可能导致滞留在微处理器缓冲区的数据丢失。尽管市场上也有一些Flash器件不需要扇区写入，但产品的订货批量受限制。另外，这种产品还缺乏Flash器件标准，虽然大多数Flash器件的异步读操作与SRAM或EPROM相同，但并非所有器件都是如此，而且，写接口标准较多，当产品更新换代无法支持相应的标准时将限制器件的实际使用寿命。另外，还需保证写操作不要超出最大写周期次数，因为当器件达到有效寿命时将开始出现随机存储误码。有些Flash存储器需要提供额外的编程电压(大于13V)以保证快速写模式，因而增加了系统成本，而寻找容量低于1Mb的Flash也比较困难。
NV SRAM可提供16kb至16Mb的存储容量，存取时间高达70ns。读、写接口均与SRAM保持一致，标准Vcc条件下NV SRAM与同等速度SRAM的操作完全相同。无需担心存储数据分区问题，数据存储位置与标准SRAM相同。电源失效时(Vcc跌落到标准工作电压以下)，内部电路将片选(CE)信号置位，使存储器处于写保护状态、并切换电源以便保持数据。电源恢复正常后，NV SRAM恢复微处理器对CE信号的控制，SRAM电源切换到Vcc。CE信号被切换的瞬间只要微处理器控制信号没有处于写有效状态(CE为高)就不会丢失数据。
由于工作状态下NV SRAM与SRAM兼容，可以用速度相符的NV SRAM简单地替代任何微处理器系统的SRAM，这种替代仅有的制约是需要了解电源所能提供的电流。Dallas半导体建议采用CPU监控电路以保证微处理器在NV SRAM就绪之前处于复位状态。微处理器复位状态下，绝大多数总线控制信号(CE、WE、RD)处于禁止状态，能够避免NV SRAM在有效期内数据不丢失。Maxim提供多种CPU监控电路，完全胜任这项工作，配合其它与复位信号相关的功能就能保证系统更加可靠工作。
图1是利用单片NV  SRAM存储程序和数据的典型电路，该电路的主要优点是节省了元器件数，充分利用了存储器空间。如果微控制器仅占用32kB存储空间的1kB存储程序，则其余31kB可用于非易失数据存储。32kB的存储容量足以满足许多应用场合，如果对程序和数据分别采用两类存储器将造成不必要的浪费，而且将迫使设计人员选用更大容量的存储器。
利用NV SRAM存储数据
NV SRAM非常适合在微控制器系统中存储校准信息、记录数据等。如上所述，与SRAM工作在相同速度的NV SRAM采用标准的Vcc电源， NV SRAM在读、写操作时不需要延长时钟周期，除非与高速DSP或先进的微控制器配合使用。