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新一代非易失性存储器——NVSRAM的原理和应用

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作者:Cypress存储和图像产品部 郑赞时间:2007-02-04来源:电子产品世界收藏

摘要: 本文介绍了针对高端存储应用的最新非易失性。可以根据应用要求以及功能需要选择最佳的非易失性架构。

关键词: Flash;EEPROM;

概述

众所周知,在非易失性领域,市场热度节节攀升。近日,SRAM家族又增加了新的成员—。NVSRAM 为 Non-volatile SRAM缩写,即为非易失性SRAM。本文将比较各类非易失性存储器,并介绍NVSRAM的特点和优势, NVSRAM 的应用以及工作方式。

非易失性存储器应用

目前非易失性方式主要有如下几种:
*Flash 或EEPROM + SRAM/SDRAM;
*FRAM;
*基于SRAM: BBSRAM, Micropower SRAM +后备电池,NVSRAM。

下面我们分别谈谈这几种方式的优缺点。

先谈谈Flash 以及EEPROM (+ SRAM/SDRAM)的方式,这是最原始也是目前比较普遍的方式,主要是由于其价格便宜,但其缺点也是显而易见的,就是速度和写入次数的限制。  还有一点比较容易忽视的地方,就是在这种应用中,由于Flash或EEPROM写入速度慢和写入次数限制的问题,数据不是实时写入其中,一般存储在SRAM/SDRAM中,当到一定的时间或检测到掉电后,再把数据写入EEPROM和Flash中,这样就有很大的潜在危险。就是当掉电时数据还没来得及存到Flash或EEPROM中,就很可能丢失重要的数据。

FRAM,铁电存储器,是一种新型的非易失性存贮方式,有一定的优点,例如,存储速度相对于Flash 或EEPROM快一些,在擦写次数上也有了很大的改进,但其不是标准SRAM接口,对于工程师来讲,假如不兼容其它产品 将为他的设计带来很多麻烦 ,并且FRAM目前是独家供货 ,又是摆在采购面前的一项难题。

对于基于SRAM的方式来讲,共同的特点就是,标准的SRAM接口,可以很方便的设计。但它们又各有特点,BBSRAM 实际上是把SRAM和后备电池包在了一起,我们可以把BBSRAM和 Micropower SRAM +后备电池这两种方式放在一起讨论。这两种方式是比较传统的应用方式,应用也比较广泛,缺点也是比较明显,我们把它们和NVSRAM 做一个比较(见表1)。

NVSRAM工作原理

NVSRAM采用SRAM+EEPROM方式,实现了无须后备电池的非易失性存储,芯片接口、时序等与标准SRAM完全兼容,图1为1M NVSRAM 内部框图。

图1 NVSRAM的内部框图

NVSRAM的外部接口与SRAM相同,读写控制都是由 片选(CE),读使能(OE),写使能(WE)来控制 ,时序标准也与SRAM完全相同。见图2。

图2 NVSRAM与SRAM接口兼容

NVSRAM表现在外部器件与SRAM不同的就是NVSRAM需要外接一个电容,当外部电源突然断掉时可以通过电容放电提供电源把SRAM里面的数据拷贝到EEPROM里面。见图3。

图3 NVSRAM外接电容示意图
 
NVSRAM通常的操作都在SRAM中进行,只有当外界突然断电或者认为需要存储的时候才会把数据存储到EEPROM中去,当检测到系统上电后会把EEPROM中的数据拷贝到SRAM中,系统正常运行。
  
NVSRAM工作方式

NVSRAM有三种存储方式:自动存储,硬件存储和软件存储;有两种RECALL操作方式:自动RECALL和软件RECALL。

存储是指数据从SRAM到EEPROM的过程,其过程包括两个步骤:
1. 擦除之前EEPROM的内容;
2. 把目前SRAM的数据存到EEPROM中。

RECALL是指EEPROM到SRAM的过程。它也包括两个步骤:
1. 清除之前SRAM的内容;
2. 把EEPROM的数据拷贝到SRAM中。

以下就详细阐述这几种工作方式:
自动存储(AutoStore):当检测到外界电压低于最小值时,会自动保存SRAM的数据到EEPROM中,其间所需要的电压由外界的电源提供。

硬件存储(Hardware STORE):NVSRAM有一个/HSB 引脚,当拉到低电平时进行存储操作,会保存SRAM的数据到EEPROM中。

软件存储(Software STORE):软件存储是由 一个预定义的六个连续的SRAM读操作控制数据从SRAM保存至EEPROM中。

自动RECALL:当检测到外界重新上电时,会自动从EEPROM中拷贝到SRAM中。

软件RECALL:软件RECALL是由 一个预定义的六个连续的SRAM读操作控制数据从EEPROM保存至SRAM中。

NVSRAM应用

NVSRAM主要用于掉电时保存不能丢失的重要的数据,应用领域广泛,下面主要介绍这种非易失性存储器的各类应用。

网络通讯类

路由器,高端交换机,防火墙
NVSRAM用于掉电时存储MAC地址列表,路由表,以及存储初始化信息,硬件版本信息等 ,当重新上电后路由器或交换机不需要重新学习MAC地址和路由表。

打印设备类

打印机,传真机,扫描仪
打印机:尤其是银行打印机,当突然停电时,NVSRAM可以对已经完成的交易,但还没来的及打印到存折或清单上的数据储存,等系统重新上电时打印机不会把此交易信息丢失,可以直接打印。

传真机:NVSRAM用于存储已经接收到但还没来得及打印的数据,假如传真机已经接收到了文件还没来得及打印就突然停电,此时的保存就尤为重要,NVSRAM会把这些内容保存,当重新上电时又会把这部份文件打印出来,使用户不会因为丢失重要文件而失去商机。

扫描仪:用于存储已经扫描了但还没来得及打印的数据的存储,这个作用尤其用于扫描大文件时,如果扫描后还没来得及打印,突然断电,NVSRAM会把这部分数据保存下来,重新上电开机后不需要再浪费时间重新扫描。

当重新上电时,掉电前的数据不会丢失,可以避免因掉电给客户造成的损失。

工业控制类

工控板,铁路信号控制系统,高压电继电器等
这类产品中,操作过程和数据计算结果等信息尤为重要,当掉电时,NVSRAM会存储中间操作和计算结果,重新上电时这些结果会重新拷贝到SRAM中,不会丢失任何中间计算结果。

汽车电子类

行驶记录仪
用于汽车实时数据的存储,即 存放汽车发生事故前后的数据,主要是用于分析事故发生的原因和事故的责任 。发生事故时,汽车系统很可能会没有电源,需要把速度,刹车,转向灯,车门,发动机的温度等一些重要的信息记录下来,就需要使用到NVSRAM。

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