內(nèi)存技術(shù)不會(huì)停滯不前。內(nèi)存架構(gòu)發(fā)生變化，更快，更有效的結(jié)構(gòu)被創(chuàng)建并用于連續(xù)幾代，例如DRAM到SDRAM到DDR到DDR1，2，3等等。但是，內(nèi)存演進(jìn)不僅限于結(jié)構(gòu)改進(jìn)。存儲(chǔ)器單元本身的基礎(chǔ)技術(shù)一直在改進(jìn)。專(zhuān)業(yè)工藝和設(shè)計(jì)針對(duì)低功耗，非易失性，安全存儲(chǔ)或其他專(zhuān)業(yè)需求進(jìn)行了優(yōu)化。本文著眼于具有不同類(lèi)型存儲(chǔ)器單元和存儲(chǔ)器架構(gòu)的嵌入式MCU。一些制造商提供這些MCU，并聲稱(chēng)優(yōu)于傳統(tǒng)存儲(chǔ)器和架構(gòu)的競(jìng)爭(zhēng)部件。

為了尋找完美的單元，Van Neumann，Harvard和RISC架構(gòu)都使用非易失性存儲(chǔ)器，如EPROM和Flash用于啟動(dòng)代碼和固件。大多數(shù)啟動(dòng)代碼都在芯片上，但是無(wú)ROM部件也存在，并且仍將使用外部OTP EPROM或Flash。這兩種技術(shù)都為微控制器的固件需求提供了密集，相當(dāng)?shù)凸?，低成本的現(xiàn)場(chǎng)和工廠可編程解決方案。

雖然傳統(tǒng)的EPROM已經(jīng)有數(shù)十年的時(shí)間讓Flash作為主要的存儲(chǔ)技術(shù)，但一直在消除波動(dòng)性和可重寫(xiě)性之間的障礙。最終，每個(gè)人都在尋求一種可以在任何地方使用的單一高速，非易失性，低功耗，可重寫(xiě)，高耐久性的電池。令人高興的是，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了幾種可以產(chǎn)生理想的電池結(jié)構(gòu)的好技術(shù)。想。然而，新的存儲(chǔ)器技術(shù)需要時(shí)間才能進(jìn)入現(xiàn)代微控制器架構(gòu)。當(dāng)需要不同的制造工藝來(lái)制造這些特殊的存儲(chǔ)單元時(shí)尤其如此。在產(chǎn)量足夠高之前，這些部件總是會(huì)花費(fèi)更多。

安全性是一種驅(qū)動(dòng)力

當(dāng)專(zhuān)有算法或代碼塊為設(shè)計(jì)提供明顯優(yōu)勢(shì)時(shí)，代碼特別有價(jià)值。當(dāng)所有代碼都存儲(chǔ)在微控制器內(nèi)時(shí)，很難在代碼侵權(quán)的基礎(chǔ)上強(qiáng)制執(zhí)行專(zhuān)利。仍然，工具允許轉(zhuǎn)儲(chǔ)核心內(nèi)存，因此可以使用加密代碼。

外部存儲(chǔ)器中的加密代碼塊不會(huì)讓流浪眼以任何可用的形式反匯編它。 MCU包含一個(gè)解密算法，其中包含您定制的參數(shù)，可以為偽隨機(jī)函數(shù)發(fā)生器提供種子。除非您知道種子，否則您無(wú)法輕松解碼數(shù)據(jù)。

這是采用Maxim DS5000T-32-16 +等部件采用的方法，它是一種基于8位傳統(tǒng)8051內(nèi)核的安全微控制器。其核心是備用電池的SRAM，可創(chuàng)建“軟”安全設(shè)計(jì)。即使被迫通過(guò)其地址序列，內(nèi)部代碼數(shù)據(jù)也已加密。 10年的數(shù)據(jù)保留規(guī)范將在沒(méi)有電源的情況下保存內(nèi)容。

請(qǐng)注意固件是如何保存在ROM，EPROM或Flash中的。相反，48或80位隨機(jī)解密應(yīng)用于傳入的加密代碼。如果檢測(cè)到篡改，電池備份RAM甚至還具有自毀機(jī)制。

其他現(xiàn)代安全微處理器采用可交換模塊格式，例如Maxim DS2250-64-16#(圖1)。請(qǐng)注意雙電池以確保使用壽命。整個(gè)微控制器模塊，存儲(chǔ)器，加密引擎和實(shí)時(shí)時(shí)鐘可以保持狀態(tài)并繼續(xù)在系統(tǒng)外部運(yùn)行。這使得這些MCU成為安全密鑰訪問(wèn)，安全和關(guān)鍵設(shè)置參數(shù)，秘密算法和處理技術(shù)，濾波器系數(shù)等的理想選擇。

圖1：帶有加密SRAM的可交換安全模塊自毀功能，用于保護(hù)密碼和固件以及關(guān)鍵參數(shù)和安全設(shè)置。

新的非易失性單元結(jié)構(gòu)

松下的獨(dú)特技術(shù)及其ReRAM單元。該公司開(kāi)發(fā)了一種新的非易失性存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)基于單個(gè)晶體管 - 電阻器核心單元，在特殊的電阻層中使用鉭氧化物材料。使用普通的0.18μmCMOS工藝，ReRAM單元可以重新編程為1.8至3.6 V的低電平，而不必使用內(nèi)部電荷泵來(lái)啟動(dòng)更高的電壓。重寫(xiě)次數(shù)也很快：10 ns。另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是，與許多閃存和EEPROM技術(shù)不同，單元在重寫(xiě)之前不必擦除。

Panasonic在兩個(gè)8位內(nèi)核中使用該技術(shù)，如MN101L，E和C系列以及16/32位內(nèi)核，如MN103 L，S和H系列，性能級(jí)別為10至120 MHz，采用C優(yōu)化架構(gòu)。與閃存技術(shù)相比，ReRAM的優(yōu)勢(shì)在于降低了50%的功耗漏電流(圖2)。據(jù)Panasonic稱(chēng)，與閃存或EEPROM不同，不需要中間數(shù)據(jù)擦除周期，因此寫(xiě)入時(shí)間快5倍。與典型的帶有閃存的10 Kcycles相比，ReRAM的續(xù)航能力也增加到100 Kcycles。

圖2：ReRAM技術(shù)降低了平均電流，足以消除其中一個(gè)電池，松下表示。點(diǎn)擊例如，MN101LR04DXW等部件包含64 KB的ReRAM和另一個(gè)用于暫存器SRAM的4K。 8位器件具有16位內(nèi)部架構(gòu)，包括A/D(6通道，12位)等標(biāo)準(zhǔn)外設(shè); I²C，UART和DMA。注意，ReRAM在程序區(qū)域只允許1K寫(xiě)周期，但在數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)具有完整的100K寫(xiě)入耐久性。另一種不同的技術(shù)來(lái)自瑞薩，它在其微控制器內(nèi)部使用專(zhuān)有存儲(chǔ)器技術(shù)來(lái)提高靈活性并減少生產(chǎn)掩模ROM型處理器的時(shí)間。一個(gè)示例部分是M37548G3FP#U0，使用該公司的8位內(nèi)部740內(nèi)核，運(yùn)行頻率為8 MHz。它非常適用于相對(duì)較小(20針，15-I/O)的簡(jiǎn)單(6 KB QzROM)嵌入式設(shè)計(jì)，如電器，玩具和娛樂(lè)。更大的兄弟，M37542F8FP#U0，采用更大的36引腳封裝，具有29個(gè)I/O，將其增加到64 KB。

QzROM技術(shù)幾乎取代了MASK ROM技術(shù)，大大縮短了開(kāi)發(fā)周期。作為降低功率(圖3)。與基于閃存的微系統(tǒng)的系統(tǒng)編程中的OTP和J-Tag一樣，QzROM可以在安裝后進(jìn)行編程，還具有防篡改功能，可防止未經(jīng)批準(zhǔn)的訪問(wèn)。松下也采用這種技術(shù)，其高容量4位系列以720核心為中心。這兩個(gè)內(nèi)核都由Segger Flasher系列生產(chǎn)工具提供支持。

圖3：與Flash和OTP一樣，QzROM允許開(kāi)發(fā)和非常高容量的掩模類(lèi)產(chǎn)量，但顯著與傳統(tǒng)的掩膜技術(shù)相比，可以減少大批量生產(chǎn)延遲。

Innovasic在其66 MHz 32位靈活輸入確定性輸出(FIDO)MCU中使用的RREM存儲(chǔ)器類(lèi)型中提出了一種創(chuàng)新架構(gòu)。針對(duì)實(shí)時(shí)通信應(yīng)用并針對(duì)各種通信協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化，F(xiàn)IDO1100BGB208IR1等部件使用Innovasic所稱(chēng)的可重定位快速執(zhí)行存儲(chǔ)器(RREM)存儲(chǔ)器單元。這些用于通過(guò)將代碼映射到更高速的內(nèi)存來(lái)加速代碼的關(guān)鍵部分。 RREM連接到處理器的存儲(chǔ)器總線，看起來(lái)像該總線上的任何其他外設(shè)。 RREM的存儲(chǔ)器周期降至20 ns，以支持12.5μs的周期時(shí)間。通過(guò)不必使用等待狀態(tài)或外部用于緩存式代碼塊，可以提高性能水平。

EEPROM和FRAM

并非所有形式的NovRAM都適用于代碼存儲(chǔ)，EEPROM就是其中的一個(gè)例子。 EEPROM單元更大，更復(fù)雜，并且通常具有較慢的速度，這限制了其為高速微控制器提供代碼的能力。但是，在微控制器內(nèi)部使用EEPROM進(jìn)行非代碼相關(guān)的非易失性存儲(chǔ)是有好處的。

Flash是一種高密度形式的非易失性存儲(chǔ)器，面向頁(yè)面，必須在整個(gè)頁(yè)面中加載以讀取單個(gè)位于該頁(yè)面中任何位置的字節(jié)。寫(xiě)入時(shí)也是如此，必須寫(xiě)入整個(gè)頁(yè)面才能更改單個(gè)字節(jié)。但是，EEPROM可以在字節(jié)范圍內(nèi)訪問(wèn)，并且微控制器可以運(yùn)行自己的代碼來(lái)讀取或?qū)懭肫瑑?nèi)EEPROM。飛思卡爾在其部分微控制器中增加了16位EEPROM模塊，例如MC812A4CPVE8，這是供應(yīng)商的HC12核心系列16位微控制器的一部分。 EEPROM巧妙地用作一些寄存器以及控制模塊和通用數(shù)組。

雖然安排為16位模塊，但可以在單周期總線操作中讀取和編程數(shù)據(jù)以進(jìn)行字節(jié)和對(duì)齊字訪問(wèn)。未對(duì)齊的單詞需要第二個(gè)周期。還提供了批量擦除功能。

嵌入式MCU內(nèi)部現(xiàn)有的另一種新型非易失性字節(jié)寬可訪問(wèn)存儲(chǔ)器技術(shù)來(lái)自德州儀器，它通過(guò)收購(gòu)FRAM技術(shù)。 FRAM是鐵電RAM，類(lèi)似于早期計(jì)算機(jī)中使用的原始核心存儲(chǔ)器。它具有可靠性，固有耐用性和抗輻射性。

從結(jié)構(gòu)上講，它就像一個(gè)DRAM單元總線，使用一層鐵電材料代替介電材料，使其具有非易失性，與閃存技術(shù)相比具有快速寫(xiě)入和更低功耗。另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是幾乎無(wú)限制的寫(xiě)入耐久性，如SRAM。

TI已將FRAM模塊放置在其流行的低功耗MSP430系列器件中，包括4k MSP430FR5720IRGER等小型器件和MSP430FR5739IRHAR等更大的16k器件。

有關(guān)FRAM微控制器的產(chǎn)品培訓(xùn)模塊概述，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)Digi-Key網(wǎng)站。此外，還提供了另一個(gè)專(zhuān)門(mén)針對(duì)TI MSP430FR57xx FRAM MCU的產(chǎn)品培訓(xùn)模塊?？偠灾こ處煈?yīng)該意識(shí)到我們?cè)贛CU中認(rèn)為理所當(dāng)然的存儲(chǔ)器技術(shù)并非完全不存在。許多微控制器具有特殊的內(nèi)存功能和架構(gòu)，可以為您提供優(yōu)勢(shì)，我們?cè)诒疚闹兄攸c(diǎn)介紹了其中的一些內(nèi)容。此外，現(xiàn)代微控制器中新型存儲(chǔ)器單元和傳統(tǒng)存儲(chǔ)器的組合可以為您的設(shè)計(jì)提供新穎，安全的應(yīng)用。