FRAM的工作原理，为什么要使用FRAM？
使用微控制器 （mcu） 的设计人员已经开始严重依赖闪存来存储代码，因为 ic 制造商已经扩展了非易失性存储器的制造工艺，并且正在 mcu ic 上生产相当大的闪存阵列。尽管如此，闪存仍远非完美，其他非易失性存储器类型，如铁电 ram （fram），提供优于闪存的优势，包括低功耗操作、类似 dram 的每位访问和更快的访问时间。尽管 fram 成本较高且容量与闪存不匹配，但当低功耗和高性能是关键设计考虑因素时，您最好考虑 fram 技术。
首先让我们简要回顾一下 fram 的工作原理。fram 存储单元的构造与 dram 单元类似，每个位使用一个电容器和一个晶体管。然而，fram 单元需要一种铁电材料，该材料基本上可以存储极性状态，并且不需要刷新或电源来维持内容。迄今为止，由于多种原因，半导体制造商无法将 fram 扩展到 dram 和闪存所达到的水平。铁电材料是一种添加材料，在半导体制造过程中可能会出现问题。随着材料尺寸的减小，此类材料会失去铁电特性，因为较小的单元特征尺寸对于缩放到更高的密度很重要。
既然我们从不利因素开始，您可能会问为什么要使用 fram？答案是，除了制造问题之外，fram 在几乎所有方面都优于闪存。闪存在写入过程中需要高电压。该电压会影响归因于内存的功耗，并且还会导致较长的写入周期。fram 支持类似 dram 的访问时间和低功耗，并且不受重写周期数的限制。
其他闪存限制
flash 也可能是程序员的后勤难题。您不能只重写闪存中的值。您通常必须将新值写入新闪存块中的某个位置，并在某个时候返回并擦除旧块以供重用——当然，在处理将所有重要数据从旧块移动到新区块。大多数 mcu 制造商都包含代码库来处理内务。尽管如此，就代码大小而言，闪存处理本质上是低效的。
fram 可以按位读取或写入。使用 fram 阵列的程序员不必担心单独的代码和数据存储器。程序员可以使用通用内存映射，甚至可以根据应用程序的需要动态地将内存部分分配给代码或数据。
如果 fram 密度可以接近闪存的成本或密度，我们可能会在一夜之间看到向 fram 的广泛迁移。相反，您需要确保了解 fram 中当前最先进的技术，并根据应用需要进行部署。
今天，您可以通过两种方式利用 fram 的优势。包括富士通半导体和 ramtron 在内的公司生产的专用 fram ic 可以与基于闪存等不同存储技术的 mcu 结合使用。与此同时，德州仪器（ti）在一些 16 位 mcu 上集成了 fram。
fram 存储器 ic
让我们首先检查存储器 ic。富士通的产品线在mb85r1002anc-ge1中突破了 1 mbit 的容量ic，配置为 64k x 16，mb85r1001anc-ge1配置为 128k x 8。这些 ic 支持 150 ns 访问时间。与 mcu 的接口是通过一个字节宽的并行连接。
富士通还提供了几种通过串行接口连接到 mcu 的 fram ic，从而最大限度地减少了存储器连接所需的引脚数。对于串行外围接口 （spi） 链路，富士通在mb85rs256apnf-g-jne1 ic 中提供最大容量为 256 kbits，配置为 32k x 8。spi 接口以最高 25 mhz 运行，设置有效访问时间。在以 400 khz 运行的mb85rc128pnf-g-jne1中，基于 i²c 的 fram 最高为 128 kbits，配置为 16k x 8 。
ramtron 提供更高容量的 fram ic，同时具有更快的访问时间。例如fm23mld16-60-bgtr存储8mbits，配置512k x 16。ic采用并联，支持60ns的访问速度。spi 产品在具有 40-mhz 接口的fm25v20-dgtr中最高可达 2 mbits。或者，您可以使用 3.4-mhz i²c 连接到 1-mbit fm24v10-gtr。
将上述 fram ic 之一添加到 mcu 可以提供更高的系统级性能和更简单的编程模型。此外，虽然您将 ic 添加到物料清单中，但与使用片上存储器的 mcu 实现的系统相比，您仍可能实现更低的系统功耗。您可以选择具有小型片上闪存阵列的 mcu，并依靠 fram 存储器进行大部分操作 - 消除对闪存的耗电写入。
fram mcu
现在让我们讨论具有集成 fram 阵列的 mcu。这样做可以让您更好地了解低功耗优势，并设定您对当今使用有限片上 fram 的此类产品可以攻击的应用程序的复杂程度的预期水平。ti 在其msp430
的一小部分上集成了 fram基于 16 位内核的 mcu 系列。ti 吹捧该器件能够满足类似 8 位的成本和低功耗要求。msp430fr57xx fram mcu（图 1）的最高 fram 为 128 kb，配置为 16k x 8。与 mcu 一样，具有多种 i/o 功能和集成外设的 128 kb 产品有许多选项。
图 1：msp430fr57xx fram mcu 集成了多达 128 kb 的非易失性存储器，该系列成员包括各种外设配置，包括集成多达 14 个通道的 10 位 a/d 转换器。
ti 提供额定时钟速度为 8 和 24 mhz 的 mcu，最多具有 32 条 i/o 线。部分产品包括 a/d 转换器，其msp430fr5739irhar最高可达到 14 个 10 位通道。通常，该子系列中的所有 mcu 都包括 pwm、上电复位和看门狗定时器外设，接口的补充包括 spi、i²c 和 uart。
fram 的真正优势体现在有功功耗规格中。fram 系列的功耗为 82 µa/mhz。许多基于 msp430 闪存的产品在活动模式下使用的功率要高出两到三倍。公平地说，专用低压闪光灯系列的功耗降低了 50%，尽管这些产品的工作频率仅限于 4 mhz。
在您阅读本文时，ti 很可能已经可以购买其下一代 msp430fr58xx 产品。这些产品将提供与现有基于 fram 的 mcu 类似的有功功率规格，但将添加与 fram 无关的元素，从而进一步降低待机功率。
评估套件
如果您不熟悉 fram 并想要评估该技术，ti 有几个套件可能会感兴趣。msp-exp430fr5739 fram 实验板（图 2）包括一个具有 128 kb fram 的 msp430fr5739 mcu 。图 2 中所示的电路板具有许多外设，例如加速度计和热敏电阻，这些外设可能在典型应用中很有用。
图 2：msp-exp430fr5739 fram 实验板包括一个三轴加速度计、一个热敏电阻、led、开关和一个用于面向连接的子卡的扩展连接器。
msp- fet430u40a工具套件包包括一个闪存仿真器和编程器，具有讽刺意味的是，它不需要与双板载 msp430fr5739 mcu 一起使用。但是，flash 工具还包括一个 usb 调试接口，可以方便地进行系统开发。同时，cc3000 wi-fi fram 模块是实验套件中的板和通过夹层连接器安装的 wi-fi 模块的组合。
如果您对闪存的其他替代品感兴趣，您可能还想研究磁阻 ram （ mram ），它提供与 fram 类似的好处。目前还没有人提供具有集成 mram 的 mcu，但everspin technologies提供容量高达 16 mbits 的专用 mram ic。
结论
flash 一直是并将继续成为广泛应用领域的一项重要技术，特别是考虑到它以低成本制造的令人难以置信的密度。这并不意味着闪存总是正确的选择。您可能会发现 fram 可以降低系统功耗并提高性能，甚至可能在某些应用中降低系统成本。消除闪存内务工作会导致代码更简单，并且您可能会发现您的应用程序适合使用 fram 的更小的内存占用空间。
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既然我们从不利因素开始，您可能会问为什么要使用 fram？答案是，除了制造问题之外，fram 在几乎所有方面都优于闪存。闪存在写入过程中需要高电压。该电压会影响归因于内存的功耗，并且还会导致较长的写入周期。fram 支持类似 dram 的访问时间和低功耗，并且不受重写周期数的限制。
其他闪存限制
flash 也可能是程序员的后勤难题。您不能只重写闪存中的值。您通常必须将新值写入新闪存块中的某个位置，并在某个时候返回并擦除旧块以供重用——当然，在处理将所有重要数据从旧块移动到新区块。大多数 mcu 制造商都包含代码库来处理内务。尽管如此，就代码大小而言，闪存处理本质上是低效的。
fram 可以按位读取或写入。使用 fram 阵列的程序员不必担心单独的代码和数据存储器。程序员可以使用通用内存映射，甚至可以根据应用程序的需要动态地将内存部分分配给代码或数据。
如果 fram 密度可以接近闪存的成本或密度，我们可能会在一夜之间看到向 fram 的广泛迁移。相反，您需要确保了解 fram 中当前最先进的技术，并根据应用需要进行部署。
今天，您可以通过两种方式利用 fram 的优势。包括富士通半导体和 ramtron 在内的公司生产的专用 fram ic 可以与基于闪存等不同存储技术的 mcu 结合使用。与此同时，德州仪器（ti）在一些 16 位 mcu 上集成了 fram。
fram 存储器 ic
让我们首先检查存储器 ic。富士通的产品线在mb85r1002anc-ge1中突破了 1 mbit 的容量ic，配置为 64k x 16，mb85r1001anc-ge1配置为 128k x 8。这些 ic 支持 150 ns 访问时间。与 mcu 的接口是通过一个字节宽的并行连接。
富士通还提供了几种通过串行接口连接到 mcu 的 fram ic，从而最大限度地减少了存储器连接所需的引脚数。对于串行外围接口 （spi） 链路，富士通在mb85rs256apnf-g-jne1 ic 中提供最大容量为 256 kbits，配置为 32k x 8。spi 接口以最高 25 mhz 运行，设置有效访问时间。在以 400 khz 运行的mb85rc128pnf-g-jne1中，基于 i²c 的 fram 最高为 128 kbits，配置为 16k x 8 。
ramtron 提供更高容量的 fram ic，同时具有更快的访问时间。例如fm23mld16-60-bgtr存储8mbits，配置512k x 16。ic采用并联，支持60ns的访问速度。spi 产品在具有 40-mhz 接口的fm25v20-dgtr中最高可达 2 mbits。或者，您可以使用 3.4-mhz i²c 连接到 1-mbit fm24v10-gtr。
将上述 fram ic 之一添加到 mcu 可以提供更高的系统级性能和更简单的编程模型。此外，虽然您将 ic 添加到物料清单中，但与使用片上存储器的 mcu 实现的系统相比，您仍可能实现更低的系统功耗。您可以选择具有小型片上闪存阵列的 mcu，并依靠 fram 存储器进行大部分操作 - 消除对闪存的耗电写入。
fram mcu
现在让我们讨论具有集成 fram 阵列的 mcu。这样做可以让您更好地了解低功耗优势，并设定您对当今使用有限片上 fram 的此类产品可以攻击的应用程序的复杂程度的预期水平。ti 在其msp430
的一小部分上集成了 fram基于 16 位内核的 mcu 系列。ti 吹捧该器件能够满足类似 8 位的成本和低功耗要求。msp430fr57xx fram mcu（图 1）的最高 fram 为 128 kb，配置为 16k x 8。与 mcu 一样，具有多种 i/o 功能和集成外设的 128 kb 产品有许多选项。
图 1：msp430fr57xx fram mcu 集成了多达 128 kb 的非易失性存储器，该系列成员包括各种外设配置，包括集成多达 14 个通道的 10 位 a/d 转换器。
ti 提供额定时钟速度为 8 和 24 mhz 的 mcu，最多具有 32 条 i/o 线。部分产品包括 a/d 转换器，其msp430fr5739irhar最高可达到 14 个 10 位通道。通常，该子系列中的所有 mcu 都包括 pwm、上电复位和看门狗定时器外设，接口的补充包括 spi、i²c 和 uart。
fram 的真正优势体现在有功功耗规格中。fram 系列的功耗为 82 µa/mhz。许多基于 msp430 闪存的产品在活动模式下使用的功率要高出两到三倍。公平地说，专用低压闪光灯系列的功耗降低了 50%，尽管这些产品的工作频率仅限于 4 mhz。
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评估套件
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图 2：msp-exp430fr5739 fram 实验板包括一个三轴加速度计、一个热敏电阻、led、开关和一个用于面向连接的子卡的扩展连接器。
msp- fet430u40a工具套件包包括一个闪存仿真器和编程器，具有讽刺意味的是，它不需要与双板载 msp430fr5739 mcu 一起使用。但是，flash 工具还包括一个 usb 调试接口，可以方便地进行系统开发。同时，cc3000 wi-fi fram 模块是实验套件中的板和通过夹层连接器安装的 wi-fi 模块的组合。
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结论
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