铁电存储器FM3808在TMS320VC5402系统中的应用

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:FM3808是Ramtrom公司生产的新型超低功耗非易失铁电存储器,该器件可支持对存储区的高速读写,并可进行近乎无限次的写入。FM3808内部除具有256kB的存储阵列外还集成了实时时钟和系统监控模块,因而功能十分强大。文中介绍了FM3808的性能特点、内部结构和工作原理,分析了TMS320VC5402 DSP的并行引导装载模式。给出了DSP与FM3808组成的并行引导接口方案。 关键词:铁电存储器 数字信号处理器 并行引导装载模式 FM3808 1 引言 铁电存储器(FRAM)是Ramtron公司近年推出的一款掉电非易失性存储器,它的核心技术是铁电晶体材料。这一特殊材料的运用使铁电存储器可以同时拥有随机存储记忆体(RAM)和非易失存储器的综合特性。与EEPROM相比,FRAM可以总线速度写入数据,且在写入之后不需要任何延时等待。面EEPROM的慢速和大电流写入使其需要用高出FRAM2500倍的能量去写入每个字节。同时,FRAM有近乎无限次的写入寿命,而且价格比相同容量的不挥发锂电SRAM低很多,因此,FRAM特别适合那些对数据采集、写入时间要求很高的场合。自FRAM问世以来,已凭借其各种优点被广泛应用于测量和医疗仪表、航空航天、门禁系统和汽车黑匣子等系统之中。 2 主要特性有内部结构 FM3808是一款存储容量为32k%26;#215;8bits的新型FRAM(减16字节),它具有高速读写、超低功耗和无限次读写等特性。其主要特点如下: *采用32752%26;#215;8位存储结构; *读写次数高达10 11次,具有10年的数据保存能力; *最快并行读取速度为70ns,写入无延时; *具有实时时钟和日历功能,时钟寄存器在地址空间的最上16字节处; *外部供给后备电源,提供32.768kHz的时间记录晶振; *具有可编程的实时、日历时钟和报警时间; *可编程的看门狗定时器; *可编程的电源监控模块。 FM3808芯片上集成了了三种不同的功能:32k%26;#215;8B的存储单元、实时时钟、日历功能、系统监控功能。其结构框图如图1所示。 3 FM3808功能说明 3.1 FM3808实时时钟操作 实时时钟(RTC)由晶体振荡器、时钟分频器和一个系统寄存器组成。晶体振荡只有在控制寄存器器(7FF8h)的第7位设置为0时才能开始工作,时钟分频器将32.768kHz的信号分频成1kHz,并以秒为单位来计数,可以用标志寄存器(7FF0h)并通过设置R和W来对各实时钟寄存器进行读和写。实时时钟需要提供电源才能工作,当供电电压VDD下降到低于补给电压VBAK时,实时时钟电源由VBAK供给。对于FM3808来说,用户可以选择用电流做电源,也可以选择用电容来完成供电。使用1000μF的电容时,其供电时间可达30分钟,若使用0.4μF的电容,则供电时间可长达240小时。 当标志寄存器的第2位(CAL)设置成1时,实时时钟进入校准模式。在校准栻上,INT引脚将输出512Hz的方波,用户可以通过测量INT脚偏离512Hz的误差来进行时钟校准,校准误差由用户写入到7FF8h单元。在进行完时钟校准以后,在校准温度下每月的最大误差为%26;#177;4.34ppm分,通过置CAL位为0可退出时钟校准模式。 3.2 FM3808监控操作 系统监控主要包括:报警功能、看门狗定时器、电源监控器和系统中断。 报警功能是把应用编程写入的时间值和系统相应的值进行对比,如果匹配,就通过INT产生中断并设置相应的标志位AF为1。报警功能提供有四种匹配值,分别为秒、分、时、日,通过设置相应的位为0可选择对比位。 看门狗定时器由可装载计数器和自由运行的计数器组成,看门狗定时器的工作频率为32Hz,此时晶振OSCEN必须设置为0。定时器溢出值存放在7FF7h。系统上电时会自动将溢出值加载到装载寄存器,此时自由运行计数器开始计时。当计数器的值与装载值之前,可以通过设置WDS位为1来重新装载溢出值,而此时不会有中断产生。 电源监控功能是将VDD与三个门电压相比比较。这三个门电压分别为中断门电压VINT、存储器停止门电压VLO、外部供给电压VBAK。当VDD达到不同的电压门限时,FM3808内相应的功能将停止工作。FM3808共可产生四个外部中断:看门狗中断、报警时钟中断、电源低电压中断和供给电源中断。 3.3 FM3808存储器操作 FM3808逻辑上可以分成32768%26;#215;8位存储结构,最上面的16字节分给了实地时钟的寄存器。FM3808通过并行口与外部微处理器进行接口,其操作与SRAM十分类似。FM3808半存储单元分成32个块,每块由256行和4列即1k%26;#215;8的结构组成。其中A0"A7为行选择线,A8"A9为列选择线,A10"A14为块选择线。FM3808芯片的CE不能接地,这与普通SRAM不同。FM3808的读取过程是这样的:在CE的下降沿,地址信号被锁存,并启动一个读周期,此后即使CE发生变化也不会影响这个周期的完成。由于FM3808需要在CE的下降沿才能锁存地址信号,所以不能被CE接地,有效读时序如图2所示。 在读时间数据之前,需把7FF0.0设置为“1”,读出时间数据后,应将7FF0.0设置为“0”。在读数据时,当地址信号锁存后,在OE允许的情况下,DQ0"DQ7输出数据。FM3808共有两种写工作模式,一种是由WE来控制,另一种是由CE控制。由WE控制的写时序如图3所示。 虽然FM3808要求在CE下降之间,地址信号要存在5ns的时间,但实际应用证明,同时输出CE与地址信号的接法也是可以的。由于FRAM的读写过程会对内部存储单元造成改变,因此在一次读或写后,要很快对原有的数据进行“修补”。“修补”的过程在CE为高电平时进行,所以在一次读写的操作中,CE为低的时间不能太长,否则FM3808将来不及“修补”原有数据而造成数据丢失。FM3808规定CE为低的时间不超过10μs。 4 与TMS320C5402的引导接口 TMS320C5402上电后将首先检查MP/MC引脚的状态,若该脚为低电平,说明DSP被设置为微计算机模式,从片内ROM的0FF80h地址开始执行程序。在TMS320C5402的0FF80h地址处,存放着一条跳转至0F800h处执行DSP自引导装载(Bootloader)程序的指令。当TMS320C5402的Bootloader程序时,它将会按HPI装载模式→串行EEPROM装载程序→并行装载模式→标准串行口装模式→I/O口装载模式的顺序循环检测,以决定执行哪种启动模式。 对以TMS320C5402为核心的数字信号处理系统来说,并行引导装载模式是最适用的。TMS320C5402的并行引导装载模式是将程序代码从外界存储器所对应的DSP数据导域区中加载到片内DARAM中。TMS320C5402的并行 装载流程如图4所示。 采用并行装载模式对程序进行加载国时,要根据并行装载的格式来配置Flash的程序数据存储空间。可先在DSP对应的数据空间FFFEH和FFFFH地址内写入要存放程序的地址,然后根据并行装载的数据流,将标识控制字、各个寄存器的初始化值、装载后的起始运行地址、程序段的大小和装载地址依次写入Flash存储程序的地址中,电子最后写入编写的程序。 FM3808与TMS320C5402的并行接口设计如图5所示,由于FM3808的工作电源为5V,因而系统中使用了SN74LVTH6244和SN74LVTH2245来完成接口设计。又由于TMS320C5402数据的寻址范围最大为64k字,而在自己不编写Bootloader程序的情况下,并行引导装载模式最大只能装载32k字的程序或数据。因此,若程序数据大于32k,就需要重新设计。 TMS320C5402上电复位装载时,由于Bootloader程序已在初始化时将XF设置为高电平,因而在通过EPM3202总的逻辑后,TMS320C5402可以将FM3808 08000h-0FFFFh单元中的数据读到TMS320C5402对应于000h-3FFFh寻址区的片内DARAM中。而在系统进入并行引导装载模式后,TMS320C5402会从数据寻址为0FFFFh的单元(A15=1,选中Flash)中读取将要载入的程序存储区首地址,然后从程序存储首地址处将标识控制字、各个寄存器的初始化值、装载后的起始运行地址、程序段的大小,装载地址依次装载到片内DRAM中。 若程序较大,而系统中还要有其它数据存储器来存放数据,那么就需要让出FM3808所占用的数据空间,此时可在EPM3202逻辑控制中使用XF。并可用主处理程序的第一条语句RSBX XF来置XF引脚为低电平,同时使CE片选无效,从而让出数据空间。若程序较小,而FM3808还需做为数据存储单元,那么可设置XF为高,然后通过CPLD中的逻辑程序来控制数据的写入和读出。CPLD的内部逻辑如图6所示。 5 设计中应注意的问题 (1)该设计方案在TMS320C5402执行Bootloader程序时所能寻址的并行接口FRAM的最大空间为32k字节,如果脱机独立运行系统的程序超过了32k字节,则只能采用另外的替代方法。 (2)FM3808中的程序数据流要严格按照并行装载的数据流来编写,以确保并行装载的成功。对FM3808数据的写入和读出应通过设置SN74LVTH2245的OE和DIR来共同完成,本系统就是通过CPLD来进行逻辑控制的,实际上也可用VHDL语言来编写逻辑。 (3)在设计过程中,可以利用FM3808中的看门狗电路来对系统运行进行监控。系统必须使用FM3808的低电压检测功能,在检测到掉电后,CPU应立即把CS端的电平置“1”,以防止在上电或掉电时FM3808中的数据发生改变。 6 结语 FM3808是拥有高速读写,超低功耗和无限次写入等特性的高性能并口存储器,它内部集成了实时时钟和系统监控功能,具有很强的实用性。通过FM3808与TMS320C540组成的硬件系统,可完成证实系统的稳定性和FM3808的性能优势。FRAM以其快速写入、抗干扰、低功耗等优点,必须成为一种颇具竞争力的存储器。
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