新一代非易失性存儲(chǔ)器——NVSRAM的原理和應(yīng)用

摘要： 本文介紹了針對(duì)高端存儲(chǔ)應(yīng)用的最新非易失性存儲(chǔ)器NVSRAM。可以根據(jù)應(yīng)用要求以及功能需要選擇最佳的非易失性存儲(chǔ)器架構(gòu)。

關(guān)鍵詞： Flash；EEPROM；SRAM；NVSRAM

概述

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

非易失性存儲(chǔ)器應(yīng)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)也是顯而易見的，就是速度和寫入次數(shù)的限制。  還有一點(diǎn)比較容易忽視的地方，就是在這種應(yīng)用中，由于Flash或EEPROM寫入速度慢和寫入次數(shù)限制的問題，數(shù)據(jù)不是實(shí)時(shí)寫入其中，一般存儲(chǔ)在SRAM/SDRAM中，當(dāng)?shù)揭欢ǖ臅r(shí)間或檢測(cè)到掉電后，再把數(shù)據(jù)寫入EEPROM和Flash中，這樣就有很大的潛在危險(xiǎn)。就是當(dāng)?shù)綦姇r(shí)數(shù)據(jù)還沒來得及存到Flash或EEPROM中，就很可能丟失重要的數(shù)據(jù)。

FRAM,鐵電存儲(chǔ)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(chǔ)速度相對(duì)于Flash 或EEPROM快一些，在擦寫次數(shù)上也有了很大的改進(jìn)，但其不是標(biāo)準(zhǔn)SRAM接口，對(duì)于工程師來講，假如不兼容其它產(chǎn)品 將為他的設(shè)計(jì)帶來很多麻煩 ，并且FRAM目前是獨(dú)家供貨 ，又是擺在采購面前的一項(xiàng)難題。

對(duì)于基于SRAM的方式來講，共同的特點(diǎn)就是，標(biāo)準(zhǔn)的SRAM接口，可以很方便的設(shè)計(jì)。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(tǒng)的應(yīng)用方式，應(yīng)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(見表1)。

NVSRAM工作原理

NVSRAM采用SRAM+EEPROM方式，實(shí)現(xiàn)了無須后備電池的非易失性存儲(chǔ)，芯片接口、時(shí)序等與標(biāo)準(zhǔn)SRAM完全兼容，圖1為1M NVSRAM 內(nèi)部框圖。

圖1 NVSRAM的內(nèi)部框圖

NVSRAM的外部接口與SRAM相同，讀寫控制都是由 片選(CE)，讀使能(OE)，寫使能(WE)來控制 ,時(shí)序標(biāo)準(zhǔn)也與SRAM完全相同。見圖2。

圖2 NVSRAM與SRAM接口兼容

NVSRAM表現(xiàn)在外部器件與SRAM不同的就是NVSRAM需要外接一個(gè)電容，當(dāng)外部電源突然斷掉時(shí)可以通過電容放電提供電源把SRAM里面的數(shù)據(jù)拷貝到EEPROM里面。見圖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(dāng)外界突然斷電或者認(rèn)為需要存儲(chǔ)的時(shí)候才會(huì)把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到EEPROM中去，當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)上電后會(huì)把EEPROM中的數(shù)據(jù)拷貝到SRAM中，系統(tǒng)正常運(yùn)行。
  
NVSRAM工作方式

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

存儲(chǔ)是指數(shù)據(jù)從SRAM到EEPROM的過程，其過程包括兩個(gè)步驟：
1. 擦除之前EEPROM的內(nèi)容；
2. 把目前SRAM的數(shù)據(jù)存到EEPROM中。

RECALL是指EEPROM到SRAM的過程。它也包括兩個(gè)步驟：
1. 清除之前SRAM的內(nèi)容；
2. 把EEPROM的數(shù)據(jù)拷貝到SRAM中。

以下就詳細(xì)闡述這幾種工作方式：
自動(dòng)存儲(chǔ)(AutoStore)：當(dāng)檢測(cè)到外界電壓低于最小值時(shí)，會(huì)自動(dòng)保存SRAM的數(shù)據(jù)到EEPROM中，其間所需要的電壓由外界的電源提供。

硬件存儲(chǔ)(Hardware STORE)：NVSRAM有一個(gè)/HSB 引腳，當(dāng)拉到低電平時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)操作，會(huì)保存SRAM的數(shù)據(jù)到EEPROM中。

軟件存儲(chǔ)(Software STORE)：軟件存儲(chǔ)是由 一個(gè)預(yù)定義的六個(gè)連續(xù)的SRAM讀操作控制數(shù)據(jù)從SRAM保存至EEPROM中。

自動(dòng)RECALL：當(dāng)檢測(cè)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(yù)定義的六個(gè)連續(xù)的SRAM讀操作控制數(shù)據(jù)從EEPROM保存至SRAM中。

NVSRAM應(yīng)用

NVSRAM主要用于掉電時(shí)保存不能丟失的重要的數(shù)據(jù)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，下面主要介紹這種非易失性存儲(chǔ)器的各類應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)通訊類

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

打印設(shè)備類

打印機(jī)，傳真機(jī)，掃描儀
打印機(jī)：尤其是銀行打印機(jī)，當(dāng)突然停電時(shí)，NVSRAM可以對(duì)已經(jīng)完成的交易，但還沒來的及打印到存折或清單上的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，等系統(tǒng)重新上電時(shí)打印機(jī)不會(huì)把此交易信息丟失，可以直接打印。

傳真機(jī)：NVSRAM用于存儲(chǔ)已經(jīng)接收到但還沒來得及打印的數(shù)據(jù)，假如傳真機(jī)已經(jīng)接收到了文件還沒來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(nèi)容保存，當(dāng)重新上電時(shí)又會(huì)把這部份文件打印出來，使用戶不會(huì)因?yàn)閬G失重要文件而失去商機(jī)。

掃描儀：用于存儲(chǔ)已經(jīng)掃描了但還沒來得及打印的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，這個(gè)作用尤其用于掃描大文件時(shí)，如果掃描后還沒來得及打印，突然斷電，NVSRAM會(huì)把這部分?jǐn)?shù)據(jù)保存下來，重新上電開機(jī)后不需要再浪費(fèi)時(shí)間重新掃描。

當(dāng)重新上電時(shí)，掉電前的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，可以避免因掉電給客戶造成的損失。

工業(yè)控制類

工控板，鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)，高壓電繼電器等
這類產(chǎn)品中，操作過程和數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果等信息尤為重要，當(dāng)?shù)綦姇r(shí)，NVSRAM會(huì)存儲(chǔ)中間操作和計(jì)算結(jié)果，重新上電時(shí)這些結(jié)果會(huì)重新拷貝到SRAM中，不會(huì)丟失任何中間計(jì)算結(jié)果。

汽車電子類

行駛記錄儀
用于汽車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，即 存放汽車發(fā)生事故前后的數(shù)據(jù)，主要是用于分析事故發(fā)生的原因和事故的責(zé)任 。發(fā)生事故時(shí),汽車系統(tǒng)很可能會(huì)沒有電源，需要把速度,剎車，轉(zhuǎn)向燈,車門，發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度等一些重要的信息記錄下來，就需要使用到NVSRAM。