新一代非易失性存儲器——NVSRAM的原理和應用

摘要： 本文介紹了針對高端存儲應用的最新非易失性存儲器NVSRAM?？梢愿鶕?jù)應用要求以及功能需要選擇最佳的非易失性存儲器架構。

關鍵詞： Flash；EEPROM；SRAM；NVSRAM

概述

眾所周知，在非易失性存儲器領域，市場熱度節(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器，并介紹NVSRAM的特點和優(yōu)勢， NVSRAM 的應用以及工作方式。

非易失性存儲器應用

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。

下面我們分別談談這幾種方式的優(yōu)缺點。

先談談Flash 以及EEPROM (+ SRAM/SDRAM)的方式，這是最原始也是目前比較普遍的方式，主要是由于其價格便宜，但其缺點也是顯而易見的，就是速度和寫入次數(shù)的限制。  還有一點比較容易忽視的地方，就是在這種應用中，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)不是實時寫入其中，一般存儲在SRAM/SDRAM中，當?shù)揭欢ǖ臅r間或檢測到掉電后，再把數(shù)據(jù)寫入EEPROM和Flash中，這樣就有很大的潛在危險。就是當?shù)綦姇r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,鐵電存儲器，是一種新型的非易失性存貯方式，有一定的優(yōu)點，例如，存儲速度相對于Flash 或EEPROM快一些，在擦寫次數(shù)上也有了很大的改進，但其不是標準SRAM接口，對于工程師來講，假如不兼容其它產品 將為他的設計帶來很多麻煩 ，并且FRAM目前是獨家供貨 ，又是擺在采購面前的一項難題。

對于基于SRAM的方式來講，共同的特點就是，標準的SRAM接口，可以很方便的設計。但它們又各有特點，BBSRAM 實際上是把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)的應用方式，應用也比較廣泛，缺點也是比較明顯，我們把它們和NVSRAM 做一個比較(見表1)。

NVSRAM工作原理

NVSRAM采用SRAM+EEPROM方式，實現(xiàn)了無須后備電池的非易失性存儲，芯片接口、時序等與標準SRAM完全兼容，圖1為1M NVSRAM 內部框圖。

圖1 NVSRAM的內部框圖

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 ,時序標準也與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需要外接一個電容，當外部電源突然斷掉時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中進行,只有當外界突然斷電或者認為需要存儲的時候才會把數(shù)據(jù)存儲到EEPROM中去，當檢測到系統(tǒng)上電后會把EEPROM中的數(shù)據(jù)拷貝到SRAM中，系統(tǒng)正常運行。
  
NVSRAM工作方式

NVSRAM有三種存儲方式：自動存儲，硬件存儲和軟件存儲；有兩種RECALL操作方式：自動RECALL和軟件RECALL。

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

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

以下就詳細闡述這幾種工作方式：
自動存儲(AutoStore)：當檢測到外界電壓低于最小值時，會自動保存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(Hardware STORE)：NVSRAM有一個/HSB 引腳，當拉到低電平時進行存儲操作，會保存SRAM的數(shù)據(jù)到EEPROM中。

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

自動RECALL：當檢測到外界重新上電時，會自動從EEPROM中拷貝到SRAM中。

軟件RECALL：軟件RECALL是由 一個預定義的六個連續(xù)的SRAM讀操作控制數(shù)據(jù)從EEPROM保存至SRAM中。

NVSRAM應用

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

網絡通訊類

路由器，高端交換機，防火墻
NVSRAM用于掉電時存儲MAC地址列表，路由表，以及存儲初始化信息，硬件版本信息等 ，當重新上電后路由器或交換機不需要重新學習MAC地址和路由表。

打印設備類

打印機，傳真機，掃描儀
打印機：尤其是銀行打印機，當突然停電時，NVSRAM可以對已經完成的交易，但還沒來的及打印到存折或清單上的數(shù)據(jù)儲存，等系統(tǒng)重新上電時打印機不會把此交易信息丟失，可以直接打印。

傳真機：NVSRAM用于存儲已經接收到但還沒來得及打印的數(shù)據(jù)，假如傳真機已經接收到了文件還沒來得及打印就突然停電，此時的保存就尤為重要，NVSRAM會把這些內容保存，當重新上電時又會把這部份文件打印出來，使用戶不會因為丟失重要文件而失去商機。

掃描儀：用于存儲已經掃描了但還沒來得及打印的數(shù)據(jù)的存儲，這個作用尤其用于掃描大文件時，如果掃描后還沒來得及打印，突然斷電，NVSRAM會把這部分數(shù)據(jù)保存下來，重新上電開機后不需要再浪費時間重新掃描。

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

工業(yè)控制類

工控板，鐵路信號控制系統(tǒng)，高壓電繼電器等
這類產品中，操作過程和數(shù)據(jù)計算結果等信息尤為重要，當?shù)綦姇r，NVSRAM會存儲中間操作和計算結果，重新上電時這些結果會重新拷貝到SRAM中，不會丟失任何中間計算結果。

汽車電子類

行駛記錄儀
用于汽車實時數(shù)據(jù)的存儲，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任 。發(fā)生事故時,汽車系統(tǒng)很可能會沒有電源，需要把速度,剎車，轉向燈,車門，發(fā)動機的溫度等一些重要的信息記錄下來，就需要使用到NVSRAM。