Разработка компонентов инфраструктуры сервисного обслуживания встроенной памяти гибкой автоматизированной системы на кристалле

44

- последовательная Flash-память со страничным стиранием и программированием: серия M 45 PExx.

Если рассмотреть различные виды микросхем последовательной долговременной памяти с высокой плотностью, то M25Pxx с тактовой частотой 25 MГц оказываются существенно быстрее, чем многие другие типы схем Flash-памяти с последовательной выборкой.

Семейство последовательной Flash-памяти ST позволяет загружать в оперативную память 1 Мб за 43 мс при минимальном числе команд, что делает их удобными в использовании. Технические и программные средства защиты предохраняют хранимую информацию от перезаписи.

Для снижения потребляемой мощности эти микросхемы работают от одного источника питания от 2,7 В до 3,6 В и имеют режим пониженного энергопотребления, в котором потребляемый ток менее 1 мкА. Кроме того, четырехпроводный интерфейс значительно уменьшает число выводов устройства используемых для управления передачей данных по шине, что обеспечивает высокую интеграцию и меньшую стоимость по сравнению с другими подобными схемами. Микросхемы памяти серии M25Pxx выпускаются в широком и узком S08, LGA и MLP корпусах.

2.5 Составляющие оценки программирования SoC-памяти

В M 25 PXX имеется удобный программатор / считыватель. Этот программатор подключается непосредственно к компьютеру и обеспечивает пользователю прямой доступ и управление последовательной Flash-памятью M 25 xxx в любой конфигурации.

M45PExx - серия микросхем энергонезависимой памяти высокой производительности, обладающая более высокой зернистостью, чем ранее. Любая страница в 256 Байт может быть отдельно стерта и запрограммирована, а команда Write предусматривает возможность модифицирования данных на байтовом уровне. Кроме того, архитектура M45PExx оптимизирована по минимуму необходимого прикладного программного обеспечения. Для модифицирования одной страницы в 256 байт требуется время 12 мс для записи, 2 мс для программирования или 10 мс для стирания. Это делает высокопроизводительные микросхемы последовательной энергонезависимой памяти M45PExx очень удобными для использования в приложениях, требующих хранения большого количества часто изменяющихся данных.

Специализированные микросхемы памяти имеют индивидуальные характеристики для конкретных приложений или разрабатываются в соответствии с предъявляемыми требованиями. Они основаны на стандартных матрицах памяти со специфичной электрической схемой ввода-вывода и специализированной внутренней логикой. Эти изделия основаны на последовательной EEPROM и включают логику для приложений типа компьютерного монитора " Plug and Play " со стандартом VESA, компьютерные модули DRAM и др.

Среди данных микросхем можно отметить M 24164 - 16 Kб каскадируемую EEPROM со специальной адресацией, возможностью использования 8 устройств каскадом на одной шине и специальной адресацией, используемой при конфликтах на шине I2C .

Другой специализированной микросхемой, которая может найти широкое применение на нашем рынке является M34C00 - электронный дескриптор платы, предназначенный для хранения небольших электронных заметок о плате. В M34C00 можно сохранять реГАСтрационный номер, заводские установки (по умолчанию), пользовательские установки, данные о событиях в течение срока службы платы, сведения об отказах и сервисном обслуживании любой платы и др.

Данная микросхема имеет 3 банка по 128 бит (один не стираемый OTP-типа), один стандартный банк EEPROM и один стандартный банк EEPROM с возможностью постоянной защиты от записи), двухпроводный I2C шинный последовательный интерфейс, питание от 2,5 В до 5,5 В, корпус SO 8 или TSSOP 8, рабочий диапазон температур - 40 … + 85°C .

2.5.1 Особенности бесконтактных микросхем памяти

Бесконтактные микросхемы памяти являются специфическим продуктом. По классификации их с одной стороны можно отнести к специализированным EEPROM, а с другой стороны их можно выделить как самостоятельный вид памяти, получающий в последнее время очень широкое применение в разных сферах.

Новый стандарт ISO для бесконтактной коммуникационной памяти - ISO 14443 тип В (реализован в микроконтроллерных устройствах ГАС, транспорта и т.п.), а также ISO 15693 и ISO 18000.

В настоящее время предложена новая серия микросхем бесконтактной памяти и бесконтактных микросхем связи с радиочастотным интерфейсом для приложений типа меток, радиочастотной идентификации (RFID) и бесконтактных систем доступа с использованием специализированных микросхем памяти. Отметим особенности некоторых микросхем данного типа.

Микросхема SRIX 4 K имеет 4096 пользовательских бит EEPROM с OTP, двоичный счетчик и защиту записи. Соответствует стандарту ISO 14443 - 2 / 3 тип B. Обладает патентованной компанией France Telecom функцией антиклонирования. Работает на несущей частоте 13,56 MГц с поднесущей частотой 847 кГц, частота со скоростью передачи данных 106 кбит/с. Используется амплитудная модуляция (ASK) данных при передачи со считывателя на карту и двоичная фазовая модуляция (BPSK) для передачи с карты на считыватель.

Микросхема LRI 512 имеет 512 бит с блокировкой на уровне блока данных. Она полностью соответствует стандарту ISO 15693 (до 1 метра) и требованиям E. A. S. Работает на несущей частоте 13,56 M Гц с 1/4 и 1/256 импульсным кодированием на высокой и низкой скорости передачи данных на одной или двух поднесущих частотах. Производится амплитудная модуляция данных при передаче со считывателя на карту и манчестерское кодирование при передаче с карты на считыватель.

В микросхеме CRX 14 имеется встроенный в чип механизм радиосвязи с протоколом и модуляцией по стандарту ISO 14443 типа B (радиоинтерфейс). Обладает патентованной France Telecom функцией антиклонирования. Обеспечивает последовательный доступ к базе на частоте 400 кГц по двухпроводной последовательной шине I2C с возможностью соединения по одной шине с восемью CRX 14. Имеет буфер 32 байта для входного и выходного пакета и встроенный вычислитель циклического избыточного кода (CRC calculator). Выпускается в корпусе S 016 Narrow (сжатый).

Микросхемы энергонезависимых ОЗУ (NVRAM). Решением, позволяющим обеспечить сохранность данных ОЗУ при сбоях и потери внешнего питания, является использование резервного питания (миниатюрной литиевой батареи), располагаемой непосредственно сверху микросхемы или на системной плате. Исходя из задач решаемых с использованием ОЗУ, производится четыре типа микросхем NVRAM: супервизоры, ZEROPOWER NVRAM, последовательные часы реального времени (Serial RTC) и TIMEKEEPER NVRAM .

2.5.2 Особенности супервизоров

Выделяют два класса супервизоров: супервизоры микропроцессоров (Microprocessor supervisor) и супервизоры энергонезависимых ПЗУ (NVRAM supervisor), а также возможна комбинация обоих классов.

Основными функциями супервизора микропроцессора (µP) являются мониторинг напряжения и функция сторожевого таймера (Watchdog). Большинство супервизоров микропроцессоров включают эти функции. В комбинированных микросхемах возможна интеграция и других функций. Основными функциями супервизора NVRAM являются мониторинг напряжения с переключением батареи и защита записи.

2.6 Решение проблем переключения питающего напряжения в процессе сервисного обслуживания

Монитор напряжения предохраняет микропроцессор (и систему), путем контроля напряжения источника питания и генерации сигнала СБРОС (RESET), для перехода микропроцессора в начальное состояние при недопустимо низком значении питающего напряжения. Эта опция называется Low Voltage Detect (LVD) - "Обнаружение низкого напряжения".

При включении питания монитор напряжения также выдает сигнал RESET до тех пор, пока напряжение питания не стабилизировалось. Эта опция называется Power - on Reset (POR) - "Сброс при включении питания".

Встроенная схема переключения аварийной батареи контролирует напряжение внешнего источника питания. Когда оно падает ниже определенного порога переключения, происходит переключение на батарейное питание, что обеспечивает непрерывную подачу напряжения к маломощному статическому ОЗУ (LPSRAM) для сохранения в нем данных.

Интегрированная схема защиты записи контролирует напряжение внешнего источника питания и, когда оно падает ниже некоторого порогового уровня, закрывает доступ к LPSRAM .

Иногда для получения энергонезависимого ОЗУ разработчики решают задачу их создания вместо использования имеющихся в наличии модулей. Стандартное маломощное ОЗУ (SRAM) может быть преобразовано в NVRAM путем прибавления батареи питания, схемы защиты записи и схемы переключения батарейного питания. Компания ST имеет несколько устройств, которые интегрируют все эти функции. Кроме того, батарея и кварц интегрированы в корпусе типа SNAPHAT ® , что упрощает задачу разработки NVRAM решения.

Так как для бесперебойного питания часов реального времени требуется переключатель батареи и цепь защиты записи, то это естественно вызывает желание иметь часы реального времени в супервизоре NVRAM. Существуют три микросхемы, которые имеют такую комбинацию - это микросхемы M41ST85, M48T201 и M48T212. Все эти три устройства включают также функции супервизора микропроцессора: POR, LVD и сторожевого таймера. Супервизоры NVRAM с часами реального времени имеют название TIMEKEEPER.

Корпус микросхем M41ST87 с встроенным кварцем способствует обеспечению безопасности сервисного обслуживания. Помимо экономии пространства и стоимости, связанной с системотехническими работами, кварц закрыт от доступа извне. Кроме того, он лучше огражден от воздействий природной среды. С учетом всех факторов можно утверждать, что такое решение позволяет уменьшить стоимость системы в целом.

Супервизор NVRAM микросхем M41ST87 может использоваться для управления маломощным ОЗУ. Здесь задействуются следующие встроенные схемы: схема автоматического переключения батареи, схема разрешения доступа (Chip - Enable Gate) для защиты ОЗУ от записи и монитор батареи. Это дает возможность пользователю создать NVRAM, используя резервную батарею M41ST87 для дублирования питания LPSRAM.

В основе микросхемы M41ST87 лежат программируемые (с батарейным питанием) часы реального времени с реГАСтрами счетчиков, которые прослеживают время и дату с разрешающей способностью в пределах: от сотых долей секунд до сотен лет. Обращение к ним осуществляется по интерфейсу I2C с частотой 400 кГц. Сформированные с использованием маломощной КМОП технологии, ОЗУ схемы часов реального времени M41ST87 организовано как 256x8 бит, с реГАСтрами по 21 байт и имеет 128 байт собственной NVRAM плюс 8 байт отведенной на уникальный порядковый номер.

Микропроцессорный супервизор микросхем M41ST87 включает две независимые схемы предварительного предупреждения о сбое питания (PFI / PFO) с опорным напряжением компараторов 1,25 В, схему сброса, которая может запускаться от нескольких источников по двум входам, и схему обнаружения падения стабилизированного напряжения питания с выдачей сигнала сброса. В качестве источника сброса может использоваться также и сторожевой таймер с программируемым временем ожидания от 62,5 мсек до 128 сек. Кроме того, в качестве источников сброса могут быть сконфигурированы и цепи обнаружения несанкционированного доступа. Одну или обе цепи PFI / PFO можно использовать не только для предварительного предупреждения о сбое питания, но и для управления цепями повторного включения.

Таким образом, при использовании M41ST87 можно контролировать до трех различных напряжений питания (включая Vcc).

2.7 Архитектура SoC-памяти

Низкопрофильный корпус SOX28 занимает мало пространства на плате (2,4 х 10,42 мм, включая выводы). Микросхемы M41ST87 работают в индустриальном диапазоне температур от -40єС до +85єC.

Для решений с поверхностным монтажом и высокой плотности ОЗУ предлагается использовать отдельно супервизор и несколько LPSRAM. Такое многокристальное решение часто требует меньшее количество места на плате, чем другие решения, и намного ниже по стоимости, чем гибридные DIP .

Пользователи могут подключать к соответствующему супервизору NVRAM различное количество LPSRAM, что позволяет конфигурировать широкое разнообразие плотностей и возможностей. Типовые комбинации включают:

- 16 Мбит, 3 В или 5 В SMT решение, использующее M40Z300 супервизор без верхней батареи с четырьмя маломощными ОЗУ типа M68Z512;

- 1 Мбит или 4 Мбит, 3 В SMT решение, использующее M40SZ100W SNAPHAT супервизор и маломощные SRAM типа M68Z128W или M68Z512W.

Микросхемы серии ZEROPOWER получили свое название за способность сохранять данные при отсутствии внешнего сетевого питания. Они состоят из двух основных компонентов: маломощного ОЗУ (LPSRAM) и супервизора NVRAM (рис. 2.3). Типовое ОЗУ типа LPSRAM потребляет обычно менее одного мкА при работе только с батареей и может сохранять данные в течение нескольких лет при использовании для питания миниатюрной литиевой батарейки.

Супервизор NVRAM состоит из двух основных схем: схемы переключения батареи и схемы защиты записи. Схема переключения батареи переключает питание LPSRAM от системного стабилизированного источника питания (Vcc) на батарейное питание (Vbat). Эта схема осуществляет контроль за Vcc и когда оно начинает падать, питание LPSRAM переключается на резервную батарею.

Рисунок 2.3 - Схема переключения сетевого питания при сервисном обслуживании SoC-памяти NVRAM

При снижении Vcc менее некоторого порогового значения микропроцессор может вести себя неустойчиво, и это может привести к ошибочным записям и даже к очистке содержимого ОЗУ. Схема защиты записи закрывает микропроцессору доступ к LPSRAM для предотвращения такой ситуации.

Все микросхемы ZEROPOWER NVRAM обладают такими же возможностями и никаких других внешних схем при этом не требуется. В настоящее время, выпускаются микросхемы с интегрированными на одном кристалле супервизором NVRAM и LPSRAM с плотностью до 256 кбит и ниже. Для более высоких плотностей пока используются две отдельные микросхемы.

2.8 Корпус SoC-памяти

Микросхемы NVRAM доступны в различных корпусах. Основным корпусом для поверхностного монтажа (SMT) является корпус SNAPHAT (рис. 2.4 а). Микросхема в корпусе SOH 28 имеет стандартное расположение выводов SRAM, а батарея крепится сверху на застежках, что обеспечивает ее легкую замену. Корпус типа CAPHAT (рис. 2.4 б) имеет неотсоединяемую батарею. Он рекомендуется для приложений, использующих монтаж "через отверстие ".

Рисунок 2.4 - Типы корпусов SoC-памяти

Для решений с монтажом "через отверстие" и высокой плотности ОЗУ предлагается гибридный корпус DIP, в котором LPSRAM и супервизор - отдельные микросхемы, установленные на общей печатной плате вместе с батареей (рис. 2.4 с). В настоящее время доступны плотности ОЗУ до 16 Mбит.

С учетом потребностей разработчиков, одним из последних ZEROPOWER NVRAM является микросхема M48Z32V в низкопрофильном корпусе. Микросхема M48Z32V имеет LPSRAM c плотностью памяти 32 Kx8 при питании 3,3 В. Низкопрофильный корпус SOIC с 44 штырьками, возвышается над монтажной платой всего на 0.12" (3,05 мм), что предоставляет пользователям большую гибкость при компоновке платы и снимает для проектировщиков проблемы габарита по высоте.

Микросхема M48Z32V имеет встроенный коммутатор аварийного батарейного питания и цепи защиты от записи при сбоях питания совмещенные с 256 кбит маломощной SRAM. Время доступа для этих микросхем составляет 35 нс для M48Z32V-35MT1 и 70 нс для M48Z32V-70MT1.

Потребляя только 200 нА (при 40° C), M48Z32V может сохранять данные в течение десятилетнего срока службы батареи с емкостью 18 мА/ч. Эта микросхема совместима с системами, уже содержащими литиевые батареи на плате. Сочетание низкопрофильного корпуса со стоимостью M48Z32V позволяет использовать ее как удачное решение NVRAM во многих приложениях.

Страницы: 1, 2, 3, 4