認識串列快閃記憶體
串列快閃記憶體與並行快閃記憶體的區別隨著消費者追捧更小,更薄,更便宜的產品,嵌入式系統設計工程師在尋找空間效益和成本效益都較高的快閃記憶體時面臨的壓力比以住任何時候都大.幸好, 串列快閃記憶體為他們提供了所需的解決方案. SPI 又叫"四線"串列匯流排,用於順序數據快取器.當被嵌入式系統用於代碼或參數存儲器時, 串列快閃記憶體在印製電路板上需要的連線數量比並行快閃記憶體少,因為 串列快閃記憶體是把數據串 行化,所需的輸入/輸出引腳比較少,每個時鐘周期只傳送一位數據.這些特性有助於降 低電路板空間,功耗和系統總體成本,這就是 串列快閃記憶體在嵌入式系統設計社區不斷升溫的原因. 下面是 串列快閃記憶體日益熱銷的一些具體原因:
1.成本,很多ASIC 晶片受限於焊盤,這就是說,晶片的大小受到焊盤數量降低IC 成本的限制.去除焊盤可以讓積體電路變得更小,更緊湊,這樣,一片晶圓可以製作出 更多的裸片,從而降低了每顆裸片的成本.與並口快閃記憶體相比,減少外部引腳數量, 還能降低ASIC 和快閃記憶體的封裝成本
2. 降低 PCB 空間 – 封裝越小,引腳越少,在印刷電路板上占位也就越小.
串列快閃記憶體與數字產品小型化緊密相聯3. 設計簡易 – 引腳少的器件可簡化印刷電路板的走線布局,有助於產品以更快的速度上市,使產品測試變得更易於操作.
4. 擴展性 – 提高存儲器密度,無需修改電路板布局.
串列快閃記憶體的使用正在成為存儲器市場的一個發展潮流。從 串列快閃記憶體的低廉成本和緊湊尺寸(小封裝、引腳少、匯流排只有4條線)受益的各種套用是ST在 串列快閃記憶體成功的關鍵因素。實際上， 串列快閃記憶體採用四個信號(CS、CLK、MISO和MOSI)的公用SPI匯流排傳輸數據，因此 串列快閃記憶體適合安裝在尺寸緊湊的封裝內，如8引腳的SO封裝(根據存儲密度和工藝技術，可以是寬型或窄型封裝)。
串列快閃記憶體的最佳套用
1. 代碼存儲
代碼存儲分大兩大類：
1.1. 標準性能:從外部快閃記憶體執行代碼(XIP)
對於沒有嚴格的時間限制的套用，控制器可以直接從 串列快閃記憶體執行代碼，不過存取操作的時間較長。但是，在執行代碼時，如果經常出現地址跳轉命令，那么最好還是使用能夠同時傳送地址位和數據位的並行快閃記憶體，以改進數據傳輸時間(>40ns)。並行通信需要的引腳數量多，因此封裝尺寸也就相對較大。
1.2. 高性能:從RAM記憶體執行代碼(代碼映射技術)
很多套用對性能要求很高，因此不能直接從快閃記憶體執行代碼，只能從存取時間較短的RAM記憶體執行程式(>5ns)。因為RAM是易失性存儲器，這些套用還需要一個非易失性存儲器(快閃記憶體)在斷電時保存代碼，每次套用系統上電時還要把代碼下載到RAM，這種方法叫做代碼映射技術。
因為數據從快閃記憶體下載到RAM是按照一定順序的(無地址跳轉)，所以從成本和緊湊性考慮， 串列快閃記憶體是這種套用的最佳解決方案。代碼映射技術還能壓縮代碼，降低對快閃記憶體的密度需求。
串列快閃記憶體產品組合(M25Pxx系列的密度從512Kb到128Mb)，這些產品使很多利用代碼映射技術的套用發生了革命性的變化，如硬碟驅動器、顯示卡、無線網卡、光碟機、印表機、計算機(台式機或筆記本電腦的BIOS)、伺服器、FPGA配置、液晶顯示器、電視、數位電視、機頂盒、汽車收音機、POS機和遊戲機等套用領域。無疑，串列外設接口(SPI)產品還將繼續滲透到其它的代碼映射技術套用領域。
2.2.數據存儲
任何一種特定套用還需要存儲器保存數據，例如調整參數、查閱表、歷史日誌、測量信息等，因為系統上電後立即下載代碼，數據可以與代碼共用存儲器，兩者之間不會出現任何衝突。液晶顯示器(用戶配置)、PC主機板(BIOS配置)等套用就屬於這種情況。其它套用設備使用專用存儲器保存數據，如應答機(語音信息)、測量工具(數值)、醫療設備(記錄)、遊戲機(用戶配置和分數)。因為這些數據不要求很快的讀取速度，所以 串列快閃記憶體仍是最佳的選擇。
串列快閃記憶體套用類別及實例
套用數據還可以分為兩大類別：
2.2.1粗存儲粒度(大可擦除存儲區塊)
下面的套用我們建議使用粗存儲粒度串列存儲器：數據是在生產過程中被燒錄進去或只是在套用中被讀取,且不需要更新(調整參數、查閱表、語言表等)；數據在現場按位元組寫入,但是以區塊為單元更新的(測量值、歷史日誌等)；還有一些數據是需要在套用中少量更新的,但是可以在更新前先備份(如在RAM內)同一區塊內保存的其它數據,然後再和新數據一同寫回快閃記憶體；此外還可通過EEPROM軟體仿真方法來更新大區塊內的少量參數數據。
“EEPROM軟體仿真方法”
快閃記憶體可以按位元組編程，但只能按塊擦除(區塊大小取決於快閃記憶體的種類)這種方法是通過在不同地址更新數據來實現的。每段數據都連結一個頭信息以用來指示這段信息是否有效以及新的有效數據的地址。這種方法利用一個大區塊來更新數據，每次更新只需要在新的地址編程即可，當這個區塊存儲滿了之後再擦除。 這些粗存儲粒度的套用數據可以採用64KB可擦除存儲區塊的標準串列來存儲。
2.2.2.細存儲粒度(小可擦除存儲區塊)
某些數據必須按照小區塊更新，而且套用系統無法給EEPROM軟體仿真方法分配額外的存儲空間，無法備份存儲塊也不允許區塊內部區域空閒。
為滿足這些套用需求，推出了第二個 串列快閃記憶體產品家族M25PExx。該產品家族是世界上存儲粒度最精細的快閃記憶體產品，可以按照256位元組或4KB的塊擦除存儲器，具體哪一種取決於存儲密度。此外，利用內部SRAM管理系統，用戶能夠用寫指令只更新一個位元組(類似於EEPROM)。
套用實例：PC主機板
如果你在尋找 串列快閃記憶體的這種靈活性，不妨花些時間研究下面套用實例描述的兩個方法：
主機板套用是典型的高性能套用，為了快速執行代碼，需要把代碼從BIOS快閃記憶體映射到DDR2記憶體中，因此現代計算機保存BIOS改用 串列快閃記憶體，而不再使用過去的FWH固件中心存儲器(PLCC32封裝)。一般來說，計算機主機板上能會用到一個或兩個：BIOS 串列快閃記憶體，千兆位乙太網(GbE)或LAN 串列快閃記憶體。BIOS 串列快閃記憶體用於引導計算機啟動，在台式機中， 串列快閃記憶體可以和南橋晶片或SuperIO控制器連線；在筆記本電腦中，可以和嵌入式控制器連線。
千兆位乙太網(GbE)或LAN 串列快閃記憶體用於千兆位乙太網晶片組。某些解決方案(如英特爾)可以把兩種套用代碼存儲在一個 串列快閃記憶體內。
主機板是對更新靈活性要求最高的套用之一：BIOS開發工程師需要頻繁更新快閃記憶體中代碼，以驗證不同的硬體配置[0]，從而需要最高的更新靈活性；製造和存儲部門通常需要根據更新版或客戶自定義代碼來重新編程BIOS。因為BIOS受到破壞而返修是維修部門的一個不容忽視的問題。BIOS通常是現場更新，如果在更新的同時系統斷電，就會破壞BIOS代碼。
有兩種方法可滿足這些靈活性要求：
在系統中編程(ISP)
特性:利用一個專用編程器更新焊接在套用設備上的BIOS存儲器。當編程器與主機板相連時，編程器就控制/隔離了主晶片，並可以更新 串列快閃記憶體BIOS。
優點:
-整個快閃記憶體更新速度非常快(10-30秒之間)
-更新靈活性高，因為只需要裸板(便於開發、製造、存儲區更新或維修)
要求:
某些晶片組需要隔離以防止硬體衝突。
備份啟動快閃記憶體工具
特性:
當插到主機板上時，備份啟動快閃記憶體工具會自動禁用焊在主機板上的BIOS存儲器，然後晶片組會從存有正確代碼的備份啟動快閃記憶體工具啟動這樣，BIOS工程師就可以輕鬆嘗試手動修改存儲
器，或使用BBF工具更新備份BIOS。維修人員可以使用BBF工具通過正常的備份快閃記憶體啟動故障計算機，在計算機啟動後，運行計算機快閃記憶體工具軟體更新焊接在主機板上的BIOS主存儲器。
優點:
成本低廉
適合市面銷售的大多數主機板，無需修改硬體(Hold引腳上拉)
利用插槽修改 串列快閃記憶體
要求:
必須啟動主機板(與系統內編程方法相比，更新時間長)
啟動需要一個完整的計算機環境(ATX電源、CPU、顯示器等)
