Реферат
Пояснювальна записка до бакалаврської роботи в об’ємі 47сторінок, містить 8 рисунків та 21 використане літературне джерело.
Мета роботи – розробитикомпоненти інфраструктури сервісного обслуговування кристала пам'яті гнучкоїавтоматизованої системи.
Об'єкт роботи – вбудована у гнучку автоматизовану системупам'ять на кристалі.
У кваліфікаційній роботі бакалавра розроблено компонентиінфраструктури сервісного обслуговування вбудованої пам'яті на кристалі гнучкоїавтоматизованої системи.
В першому розділі роботи виконано наступні теоретичні етапи:подана загальна характеристика систем на кристалі та визначено сучаснітенденції їхнього розвитку, наведено номенклатуру випускуSoC-пам’яті.
У другому розділі роботи сформовано систему сервісної ідентифікації,складено інструкції сервісного обслуговування, систематизовано складові оцінкипрограмування SoC-пам'яті, вирішено проблему переключення напруги живлення упроцесі сервісного обслуговування та розроблено способи підключенняSoC-пам'яті.
Також, у роботі наведено вимоги щодо програмногозабезпечення, яке створюється стосовно до завдань сервісного обслуговуваннясистем SoC-пам'яті гнучкоїавтоматизованої системи.
СИСТЕМА НА КРИСТАЛІ, МІКРОСХЕМАПАМ'ЯТІ, ІНФРАСТРУКТУРА СЕРВІСНОГО ОБСЛУГОВУВАННЯ, ІНСТРУКЦІЯ, ІДЕНТИФІКАЦІЯ,АРХІТЕКТУРА, СУПЕРВІЗОР, СИСТЕМА РЕАЛЬНОГО ЧАСУ, схема живлення.
abstract
Theexplanatory slip to bachelorwork in volume 47 of sheets contains 8 figures and 21 of the references.
The workpurpose is development of components an service infrastructure memory oncrystal in flexible automated system.
The work plantis firmware in flexible automated system memory on crystal.
In bachelorqualifying work the components of service infrastructure firmware memory oncrystal of a flexible automated system are developed.
In the firstsection of work the following theoretical stages are carried out: the totalcharacteristic of systems on crystal is given and the modern lines of theirdevelopment are outlined, the nomenclature of emitted SoC-memory is reduced.
In the secondsection of work the service system identification is generated, theinstructions of service are composed, the component programming evaluations ofSoC-memory are systematized, the problem of having voltage switching is solvedduring service and the connection modes of SoC-memory are developed.
Also, in workthe software requirements the created with reference to the service tasks ofSoC-memory systems in flexible automated system are reduced.
System on crystal, chip of memory, infrastructure of service,instruction, identification, architecture, supervisor, system of real time,circuit of a having voltage
перечень условныхобозначений
ГАС– гибкая автоматизированная система
ИС – интегральная схема
ASIC – Application Specific Integrated Circuits
ASK – амплитудная модуляция
ASSP – Application Specific Standard Products
BPSK – двоичная фазовая модуляция
CSoC – Configurable System on a Chip
NRE – невозвращаемые затраты
PROM – programmable ROM
PSoC – Programmable System on a Chip
RFID – радиочастотная идентификация
RPROM – re-programmable ROM
SerialRTC –последовательные часы реального времени
SLI – System Level Integration
SoC – System on a Chip
SoPC – System on Programmable Chip
содержание
введение
1. анализ технического задания
1.1 Системы на кристалле. Общие представления
1.2 Современныетенденции развития
1.3 Номенклатуравыпускаемой памяти на кристалле
2.разработка компонентов инфраструктуры сервисного обслуживания SoC-памяти ГАС
2.1Принципысоздания сервисного обслуживания систем на кристалле
2.2 Формированиесистемы сервисной идентификации SoC-памяти
2.3 Инструкции сервисного обслуживания SoC-памяти
2.4 Система сохранения параметров сервисного обслуживания
2.5 Составляющие оценки программирования SoC-памяти
2.5.1 Особенности бесконтактных микросхем памяти
2.5.2 Особенности супервизоров
2.6 Решение проблем переключения питающего напряжения впроцессе сервисного обслуживания
2.7 Архитектура SoC-памяти
2.8 Корпус SoC-памяти
2.9 Системареального времени в SoC-памяти
2.10 Способыподключения SoC-памяти
3.программное обеспечение систем сервисного ОБСЛУЖИВАНИя soc-памяти
выводы
литературныеисточники
введение
Всвоем непрерывном развитии рынок микроэлектроники постоянно выдвигает все новыеи более жесткие требования к появляющимся изделиям. Потребитель хочет получатьбыстродействующую, надежную и, в то же время, малогабаритную и малопотребляющуюпродукцию. Два этих противоречивых требования усугубляются тем, что микроэлектронныепоколения очень быстро стареют, время морального износа исчисляется иногдамесяцами. Поэтому особое внимание уделяется постоянному сокращению временивыхода на рынок новых изделий. Сроки, отводимые на разработку, проектирование,верификацию и выпуск в серию новых интегральных схем (ИС), стремятся сокращатьвсеми силами, не забывая при этом предъявлять повышенные требования к качествусамих ИС и их надежности.
Однимиз способов разрешения данного противоречия стало создание заказных ИС сбольшим числом элементов и со сложной внутренней структурой, от которыхтребовались возможность гибкой специализации «под задачу» икратчайшее время выхода на рынок. Такие заказные микросхемы класса ApplicationSpecific Integrated Circuits (ASIC) получили широкое распространение во всеммире, поскольку это было единственным приемлемым решением при реализациисложных изделий микроэлектроники для портативной и носимой аппаратуры.
Основнымпреимуществом заказных ИС является низкая стоимость конечного массовогопродукта. Поэтому, с постоянным совершенствованием технологического циклапроизводства микросхем снижаются и требования к минимальным заказам ASIC.Становится выгодно заказывать «свои» микросхемы даже для среднихобъемов производства, получая основную прибыль после реализации конечнойпродукции. При этом заказчик является владельцем как конечного продукта, так изаложенной в него идеи, и, следовательно, несет на себе всю тяжесть иответственность принятия решения.
Ксожалению, проекты на ASIC имеют свои недостатки: высокий уровень начальныхневозвращаемых затрат (NRE), длительное время разработки и верификации а такжезначительные количества для минимального заказа партии готовых микросхем. Какрезультат, заказные ИС доступны только для конечных изделий при условии их большоготиража и длительного срока их активного использования. Требования кминимальному объему заказа микросхем ASIC зачастую превышают $500 тыс. врасчете на проект и на год. Проекты же с коротким временем их «жизни»(до морального старения), малых или средних объемов тиражности, требующихскорейшего выхода на рынок или частого обновления реализуемых стандартов илиалгоритмов скорее всего не могут себе позволить быть реализованными в видеASIC. Причем даже в случае, когда критерий «объем / цена» являетсядля данной разработки приемлемым, любое изменение для исправления допущеннойошибки или для ее совершенствования оставит заказчика с большими складскимизапасами, возможно, никому не нужных микросхем и запустит заново весьдлительный цикл (не менее 4 – 6 месяцев) создания новой версии ASIC.
Даннаяпроблема особенно актуальна для быстро эволюционирующих сегментовпромышленности, таких как гибкие автоматизированные системы (ГАС) рынка.Очевидно, что здесь более предпочтительны программируемые, конфигурируемыерешения в реализации ИС памяти, которые могут быть изменены как на стадииразработки, так и в стадии сервисного обслуживания.
Такимобразом, целью бакалаврской работы – является разработка компонентовинфраструктуры сервисного обслуживания кристалла памяти ГАС.
Объектомработы – является встроенная в ГАС память на кристалле.
1. анализ технического задания
1.1 Системы на кристалле. Общиепредставления
Выражение«система на кристалле» не является, строго говоря, термином. Это понятиеотражает общую тенденцию к повышению уровня интеграции за счет интеграциифункций.
Подприборами класса «система на кристалле», в общем случае, понимаются приборы, наедином кристалле которых интегрированы процессор (процессоры, в т.ч.специализированные), некоторый объем памяти, ряд периферийных устройств иинтерфейсов, т.е. максимум того, что необходимо для решения задач, поставленныхперед системой.
Производительностьприборов класса «система на кристалле» в значительной мере зависит от эффективностивзаимодействия всех встроенных компонентов и от эффективности их взаимодействияс внешним, относительно прибора, миром. В первую очередь это связано сразличием в быстродействии встроенных компонентов, в особенности организацииинтерфейсов.
1.2 Современные тенденции развития
Внастоящее время значительная часть подобных конфигурируемых проектовразрабатывается в виде печатной платы как комбинация микросхем программируемойи жесткой логики, аналоговых блоков, микроконтроллеров, массивов памяти ификсированных периферийных узлов (интерфейс Т1, АТМ, 10/100 PHY, видео/аудиокодеки и т.п.). Несмотря на то, что такие комбинированные решения позволяютдостаточно быстро создавать разнообразные, быстро меняющиеся проекты, они немогут реально конкурировать с точки зрения производительности,энергопотребления, надежности и массогабаритных характеристик с монолитнымрешением – интегральной микросхемой системного уровня интеграции.
Такимобразом, появились все предпосылки к реальному созданию коммерческих версий ИСнового поколения, сочетающих в себе преимущества традиционных заказных изделийкласса ASIC, микросхем программируемой логики и интегрирующих широкий диапазонсистемных ресурсов для большей функциональности. Новые микросхемы был отнесенык группе изделий системного уровня интеграции SLI (System Level Integration), идо настоящего времени уровень SLI был реализован лишь в заказных микросхемах сфиксированной архитектурой, потому что это было единственным приемлемымтехнологическим решением.
Подинтеграцией различных системных ресурсов здесь не следует пониматьмеханистическое объединение отдельных систем, которыми могут быть (пусть исколь угодно сложные, но в то же время типовые, стандартные) микропроцессоры,блоки памяти и периферийные узлы. Возможность сочетания различных типов электронныхячеек на площади одного кремниевого кристалла высвобождает новыепотребительские качества выпускаемых микросхем, позволяет целенаправленноориентировать новую продукцию на требуемые сегменты рынка, обеспечиваяпроизводителям современной электронной аппаратуры техническую и экономическуювыгоду.
Реализованнаяна практике идея SLI оказалась настолько богатой, что сразу же нашла широкийотклик у многих мировых лидеров в производстве микроэлектронных изделий.Интеграция всех основных системных узлов на одной системно-ориентированноймикросхеме обеспечивает повышение производительности, снижениеэнергопотребления, уменьшение цены конечного изделия в целом и позволяетвыпускать малогабаритную продукцию. Все эти преимущества особенно важны вобласти ГАС, с точки зрения телекоммуникационных приложений портативнойаппаратуре их сервисного обслуживания, а также в сетевых приложениях. Изделиянового поколения, выполняемые по идеологии SLI, стали называть «система накристалле» – System on a Chip или SoC. И основным препятствием на путиактивного внедрения микросхем SoC в массовое производство вплоть до начала2000-х годов, были лишь технологические ограничения полупроводниковойпромышленности.
Революционныеизменения в технологии производства микроэлектронных изделий дали возможностькомбинировать на одном кремниевом кристалле несколько разнородных типовэлектронных ячеек (CMOS+Flash, CMOS+EEPROM, SiGe/BiCMOS). Были выпущены первыеинтегральные заказные микросхемы ASIC, реализующие как цифровую, так ианалоговую обработку данных, в том числе и для радиочастотного диапазона).
Совершенствованиетехнологического процесса позволило постоянно увеличивать количествоинтегрированных транзисторов в пределах одной и той же площади кремниевогокристалла. Тем не менее, оказалось невозможным полноценно использовать всепреимущества этого увеличения без значительного удлинения временного цикларазработки проектов, особенно в связи с постоянно увеличивающейся сложностьюпоследних.
Здесьже впервые встала и проблема дефицита высококвалифицированного инженерноготруда, так как разработать современное заказное изделие микроэлектроники вкратчайшие сроки – очень непросто. Существенно обострилось и ранее дремавшеепротиворечие: с одной стороны, цены на конечные изделия должны быть как можноменьше; с другой – сложность микросхем должна быть как можно выше, а количествоодновременно выполняемых ими функций – как можно больше. В значительной степениэтому способствовало смещение рынка потребления в сторону сложной продукциимассового спроса: Application Specific Standard Products (ASSP), а такжеактивное влияние рынка телекоммуникаций, который развивается чрезвычайно быстрои требует реализации все более сложных и изощренных механизмов кодирования,передачи и обработки разнородных данных.
Такимобразом, на сегодняшний день, сформировались все предпосылки к реальномусозданию коммерческих, доступных версий микросхем SoC.
Многиефирмы-производители проводят, в настоящее время, активные исследованияперспективности создания микросхем класса SoC различных архитектур. Несколькокомпаний уже реализовало свои идеи в конкретные семейства серийно выпускаемыхИС и продолжают работу в этом направлении. В результате можно сказать, что нарынок микроэлектроники действительно вышло новое поколение микросхем с возможнобольшим и перспективным будущим. Говорится об этом поколении уже много и всемипо-разному. При этом, к сожалению, нечетко поставлены акценты в терминологии,по-разному воспринимается сама концепция системы на кристалле, различаютсяподходы как к проектированию и производству самих ИС, так и к построениюконечных проектов на этой новой элементной базе.
1.3 Номенклатура выпускаемой памяти накристалле
Сформируем перечень различныхмикросхем памяти, обладающей уникальной программируемой технологиейпроизводства систем памяти на одном кристалле.
В настоящее время, разрабатываются ипроизводятся, в промышленных масштабах, следующие виды микросхем памяти:
– EPROM – память с ультрафиолетовым стираниеми с однократным программированием, в том числе стандартные микросхемы памятитипа OTP и UV EPROM , усовершенствованные микросхемы памяти OTPи UV EPROM семейства Tiger Range, микросхемы нового семействапамяти FlexibleROM, разработаного для замены MaskROM, а также микросхемыпамяти PROM и RPROM компании WSI (США), вошедшей в состав ST ;
– EEPROM и SERIAL NVM (последовательнаяэнергонезависимая долговременная память) – из последовательнойперепрограммируемой энергонезависимой памяти выпускаются микросхемы памяти EEPROMс различным шинным интерфейсом, микросхемы последовательной Flash-памяти,стандартные микросхемы памяти специального назначения (ASM ) ибесконтактные (CONTACTLESS MEMORIES ) микросхемы памяти;
– Flash-память типа NOR – в производстве находятся микросхемыFlash-памяти: индустриального стандарта с различным питанием, с расширеннойархитектурой для различных областей применения, микросхемы с разнороднойпамятью и микросхемы Flash-памяти семейства " LightFlash ";
– Flash-память типа NAND – новое направление в производствемикросхем памяти;
– SRAM – асинхронные маломощные микросхемыпамяти типа SRAM с различным питанием и быстродействием;
– NVRAM – имеются различные решения для SRAM саварийным батарейным питанием, которые классифицируются как супервизоры, Zeropower, Timekeeper ичасы реального времени с последовательным интерфейсом (Serial RTC );
– PSM – в соответствие со стратегическимнаправлением создания «систем на кристалле», разрабатываются и производятсямикросхемы программируемых систем памяти, которые обеспечивают комплексноесистемное решение памяти для микроконтроллеров и разработок на сигнальныхпроцессорах (DSP);
– Smartcard – в наличии большой ассортиментмикросхем для Smartcard и систем обеспечения безопасности.
Большое число видов и типов микросхемпамяти, производимых сегодня, не позволяет осуществить их подробное освещение врамках одной дипломной работы. Поэтому здесь я попытаюсь остановиться только наосновных особенностях некоторых семейств микросхем памяти, представленных нарис. 1.1.
/>
Рисунок1.1 – Виды и основные серии выпускаемых микросхем SoC-памяти
2. разработкакомпонентов инфраструктуры сервисного обслуживания SoC-памяти ГАС
2.1 Принципы создания сервисногообслуживания систем на кристалле
Однойиз важных и первостепенных задач микроэлектроники, является созданиеуниверсальных микропроцессорных SoC-систем на кристалле. Такие сложные ИСкласса SoC, обычно, состоят из трех основных цифровых системных блоков:
–процессор,
–память,
–логика.
Процессорноеядро реализует поток управления, когда каждой управляющей программой однозначноустанавливаются последовательности выполнения операций обработки данных, чтопозволяет задавать один из возможных алгоритмов работы всей ИС. Памятьиспользуется по ее прямому назначению – хранение кода программы процессорногоядра и данных. И, наконец, логика используется для реализацииспециализированных аппаратных устройств обработки и прохождения данных, состави назначение которых определяются конечным приложением – потока данных.
Реальнаясистема на кристалле содержит как минимум все три перечисленных блока, чтоисключает применение многочисленных отдельных ИС и реализацию интерфейсов связимежду ними. Причем однокристальное конфигурируемое или программируемое решение,очевидно, является здесь более предпочтительной альтернативой, так какдопускает оперативное изменение своей внутренней аппаратной структуры иконечного предназначения как на этапе производства, так и в полевых условиях,непосредственно в проекте. Такие ИС были отнесены к группе изделий системногоуровня интеграции, но получили другое название – Configurable System on a Chipили CSoC. Поскольку термин CSoC не стандартизован, то существуют и другиеназвания изделий этого класса — System on Programmable Chip (SoPC),Programmable System on a Chip (PSoC) или просто SoC, что определяется вкусом ижеланиями конкретного производителя микросхем. В данном разделе, будемпридерживаться термина CSoC.
Конфигурируемыйпроцессор реализует изделие, которое может быть «подстроено» дляконкретного использования в потоке управления. Например, изменяемый наборинструкций процессорного ядра, добавление/исключение аппаратного умножения,программируемое количество состояний внутреннего конвейера и т.д.
Всёэто может быть оптимизировано для каждого конечного приложения. Конфигурируемыепроцессоры предоставляют пользователям необходимые черты и особенности бездополнительных капиталовложений.
Результатомявляется оптимизированное, высокопроизводительное и дешевое сервисное решениедля конкретной задачи. Но для того, чтобы достичь приемлемого значения величины«цена/кристалл», конфигурируемый процессор должен быть реализован какASIC. Поэтому конечный продукт заведомо предполагает большие объемыпроизводства для компенсации NRE и инженерного труда. Собственно, всесовременные микропроцессоры и микроконтроллеры, выпускаемые как стандартныеизделия в массовых объемах, могут быть как минимум отнесены к группепроцессоров с частично конфигурируемой периферией. Компромисс является в этомслучае приемлемым: максимальная производительность и минимальная стоимостьмикросхемы для специфического конечного приложения при значительных начальныхфинансовых и инженерных инвестициях.
Конфигурируемыепроцессоры также требуют специализированного набора средств поддержкиразработок для создания программного кода проекта. Под специализацией здесьпонимается определенный уровень детализации и ориентации под уникальныеособенности конечного приложения. При этом популярные средства поддержки, какправило, уже отобраны разработчиками и являются как бы«рафинированным» набором того, что стоит использовать.
Конфигурируемыесистемы на кристалле реализуют интегральные устройства, объединяющие встроенныйпроцессор, программируемую логику, память и прочие вспомогательные ресурсы иблоки на одном-единственном кристалле. При этом все эти блоки соединяются междусобой внутри кристалла с помощью оптимизированного интерфейса. Ключевойособенностью CSoC является то, что процессор выполнен в виде отдельноготехнологически реализованного аппаратного узла и не размещается в массивепрограммируемой логики. Это позволяет получить производительность, сравнимую сASIC, и избежать при этом дополнительных вопросов, например, насколько удачноразмещена память, насколько эффективно она работает и т.п. Кроме того, такаяаппаратно реализованная память, обычно, является выверенной популярным ядроминдустриального стандарта с большим количеством доступных сервисных средствподдержки разработок.
2.2 Формирование системы сервиснойидентификации SoC-памяти
Назавершающей стадии разработки ГАС, для замены масочной ROM, как правило,используется память типа OTP и EPROM с ультрафиолетовымстиранием, удобная тем, что она достаточно легко перепрограммируются.
Выпускаемые микросхемы обладаютемкостью от 256 кбит до 64 Мбит при питании 5 и 3 В, достаточнымбыстродействием, различными корпусами, в том числе и для поверхностногомонтажа. Организация устройств памяти может быть типа x 8, x 16 и x 8/ x 16.Расшифровка идентификации микросхем памяти вида OTP и UV EPROM приведенана рис. 2.1.
/>
Рисунок 2.1 – Система идентификации SoC-памяти типа OTP и UV EPROM
Набор продукции включает стандартныемикросхемы с питанием 5 В и 3,3 В, усовершенствованные микросхемы семейства TigerRange с питанием 3 В (2,7–3,6 В) и микросхемы нового семейства FlexibleROM™.
Микросхемы этих типов памяти доступныв FDIP керамических корпусах с окошком и PDIP пластиковых двурядных корпусах, атакже в корпусах PLCC и TSOP для поверхностного монтажа.
Для низковольтной серии TigerRange использована новейшая технология OTP иUV EPROM. Структурныеусовершенствования, связанные с толщиной основных слоев, позволили значительноулучшить электрические характеристики. Уменьшение на 25% толщины оксидного слоязатвора позволило снизить пороговое напряжение ячейки и увеличить скоростьвыборки при питании от 2,7 В.
Для улучшения электрическиххарактеристик, при первом сервисном обслуживании, рекомендуется заменять “V”серию с питанием 3 – 3,6 В на серию “ W ” – Tiger Range, которая имеетлучшие характеристики при питании 2,7 – 3,6 В.
Временные параметры для серии TigerRange гарантируются двойным тестированием микросхем при напряжении 2,7 В и3 В. Время доступа при питании 2,7 В маркируется на микросхеме и более быстроевремя доступа специфицируется в описании. Времена доступа для напряженияпитания выше 2,7 В являются рабочими.
Семейство UV и OTP EPROM TigerRange характеризуется сверхмалым потреблением, высокой скоростью работы и,одновременно, быстрым доступом с коротким временем программирования. Времяпрограммирования микросхем одинаково как для пословного, так и побайтногорежимов программирования. Для самых последних микросхем с плотностью 4 Мб и 8Мб скорость программирования доведена до 50 мкс на слово или байт.
Микросхемы низковольтной серии TigerRange полностью совместимы по штырькам со стандартной серией 5 В UV иOTP EPROM . Это гарантирует их полное соответствие для приложений, вкоторых микропроцессорное питание заменяется с 5 В на 3 В.
2.3 Инструкции сервисного обслуживанияSoC-памяти
Технология в отношении EPROMнепрерывно совершенствуется. Новые перспективы открываются с внедрением новойархитектуры микросхем памяти, основанной на использовании технологии многоразряднойячейки памяти для получения высоких плотностей записи, начиная с емкости в 64Mбит. Кроме того, каждая новая разработка содержит несколькофотолитографических новшеств, улучшающих электрические характеристикимикросхем.
На данном этапе открылись новые возможностипоставок микросхем памяти типа PROM (programmable ROM) / RPROM (re-programmableROM). Эти микросхемы выпускаются в трех рабочих температурных диапазонах:коммерческом (от 0 до + 70° C), индустриальном (от –40 до + 85° C) и военном(от –55 до + 125° C). Кроме того, некоторые компоненты изготавливаются по стандартудля военного назначения (SMD), в том числе и EPROM.
Самой последней разработкой в областиэлектрически программируемых ПЗУ является семейство FlexibleROM ™, котороеможет использоваться как простая замена для любого ПЗУ. Это одноразовоепрограммируемое семейство, изготавливаемое по 0.15 мкм технологии, доступнопотребителю с начальной емкостью памяти в 16 Mбит. Новое семейство микросхемпамяти «FlexibleROM „ относится к типу энергонезависимойпамяти и предназначено для хранения программного кода. “FlexibleROM»– идеально подходит для использования вместо масочного ПЗУ (MaskROM) и переходаот Flash-памяти на ПЗУ, после отладки программы, если в дальнейшем непланируется изменения программного кода.
Благодаря технологии, основанной наFlash, время программирования также существенно уменьшено. МикросхемыFlexibleROM обеспечены типовой способностью многословной программы с большимпотоком данных, что позволяет программировать устройство с емкостью 64 Mбитвсего за девять секунд.
Еще одним преимуществом по сравнениюс другими однократно-программируемыми ПЗУ является высокая производительностьпрограммирования, поскольку 100% функциональных возможностей массива памятипроверяются в ходе тестирования.
Микросхемы семейства памятиFlexibleROM используют питающее напряжение от 2,7 В до 3,6 В для операцийчтения и от 11,4 В до 12,6 В для программирования. Устройства имеют16-разрядную организацию, по умолчанию при включении питания устанавливаетсярежим памяти «Чтение», так что они могут читаться как ПЗУ (ROM) илиЭПЗУ (EPROM).
2.4 Система сохранения параметровсервисного обслуживания
Последовательная энергонезависимаяпамять — наиболее гибкийтип долговременной энергонезависимой памяти, которая обеспечивает возможностьзаписи вплоть до байтового уровня, без необходимости стирания данных передзаписью нового значения. Это делает их идеальными для хранения параметров.
Семейства последовательнойFlash-памяти имеют возможность “секторного стирания / страничной прошивки” и“страничного стирания / страничной прошивки". Это стало возможно благодаряболее тонкой мелкоячеистости памяти по сравнению со стандартной Flash-памятью,характеристика зернистости которой не соответствует характеристике байтовогоуровня последовательного ЭППЗУ.
Электроника управленияисполнительными устройствами ГАС, а также рынка компонентов компьютеров ипериферии – основные потребители микросхем долговременной памяти.
В этом году для EEPROM компаниейиспользуется 0.35 мкм технология производства, что позволило довести емкостьпамяти до 1 Мбит в соответствие с потребностями рынка. В тоже время технологияизготовления последовательной Flash-памяти достигла уровня 0.18 мкм и появиласьвозможность производства и этого вида памяти полностью в соответствии срыночными запросами.
Ассортимент микросхемпоследовательной энергонезависимой памяти включает набор схем емкостью от 256бит до 16 Мбит. Все микросхемы памяти обеспечены описаниями, примерами поприменению и модельными файлами, что делает их удобными в использовании. Понапряжению питания микросхемы последовательной энергонезависимой памяти STдоступны в пяти диапазонах: от 4,5 В до 5,5 В; от 2,5 В до 5,5 В; от 2,7 В до3,6 В; от 1,8 В до 5,5 В и от 1,8 В до 3,6 В.
Проектная износостойкость EEPROM –более миллиона циклов перезаписи с сохранностью данных в течение более чем 40лет. Микросхемы производятся в различных корпусах, включая традиционные PSDIP,TSSOP, SO, а также современного типа LGA и SBGA (тонкопленочные). Кроме того,имеется возможность поставки микросхем в упаковках на барабане и в нераспиленном виде.
Разработан широкий диапазонвысококачественной последовательной памяти EEPROM, с плотностью от 1 кбдо 1 Мб, с тремя промышленными стандартами последовательных шин (400 кГц, 2-проводнаяшина с плотностью до 1 Mбит, быстрая 1 MГц шина типа MICROWIRE сплотностью от 1 кбит до 16 кбит и сверхбыстрая 10 MГц шина типа SPI сплотностью до 256 кбит), с питанием 5 В; 2,5 В и 1,8 В. Система записи обозначенийпоследовательной EEPROM для типовых корпусов показана на рис 2.2. Следуетзаметить, что для не распиленных пластин и микросхем в барабанах обозначениямогут несколько отличаться.
Микросхемы последовательной EEPROM,рекомендуются для использования в приложениях, не требующих высокой шиннойскорости для накопления и хранения данных, но желающих иметь возможностьпобайтового и страничного чтения/записи. Шина работает с тактовой частотой 400кГц при напряжении питания до 1,8 В. Последовательная EEPROM выпускаетсяв различных корпусах: пластиковых DIP с двухрядным расположением выводов, SO,MSOP, TSSOP для поверхностного монтажа и SBGA с матрицей шарообразных выводов.
/>
Рисунок 2.2 – Система записи обозначениймикросхем памяти ST типа EEPROM
Микросхемы памяти EEPROM сшинойSPI предпочтительны для приложений с высокоскоростной передачейинформации по шине. С появлением микросхем со скоростью от 5 МГЦ до 10 МГц иемкостью от 512 кбит до 1 Мбит, эта шина быстро завоевывает популярность нарынке микросхем памяти. EEPROM с шиной SPI имеют вход HOLD («Захват»),который позволяет сохранять синхронизацию при паузах в процессе передачипоследовательностей данных по шине. Кроме того, имеется специальный управляющийвход W для защиты матрицы памяти от записи.
Микросхемы памяти EEPROM сшинойMICROWIRE доступны с емкостью от 256 бит до 16 кбит. В настоящеевремя шина MICROWIRE широко применяется во многих современных устройствах, длякоторых требуется достаточно высокая скорость передачи данных без использованиявнешних шин адреса/данных.
Семейство микросхем высокоскоростнойнизковольтовой последовательной Flash-памяти имеет четырехпроводный SPI-совместимыйинтерфейс, что позволяет использовать Flash-память вместо последовательнойEEPROM. Изготавливаемые по высокоизносостойкой КМОП Flash-технологии, данныемикросхемы обеспечивают, по крайней мере, 10000 циклов перепрограммирования насектор с сохранностью данных свыше 20 лет.
В настоящее время доступны двадополняющих друг друга подсемейства последовательной Flash-памяти свозможностью стирания сектора или страницы:
/>– последовательнаяFlash-память с секторным стиранием и страничным программированием: серия M 25Pxx;
/>– последовательнаяFlash-память со страничным стиранием и программированием: серия M 45 PExx.
Если рассмотреть различные видымикросхем последовательной долговременной памяти с высокой плотностью, тоM25Pxx с тактовой частотой 25 MГц оказываются существенно быстрее, чем многиедругие типы схем Flash-памяти с последовательной выборкой.
Семейство последовательнойFlash-памяти ST позволяет загружать в оперативную память 1 Мб за 43 мс приминимальном числе команд, что делает их удобными в использовании. Технические ипрограммные средства защиты предохраняют хранимую информацию от перезаписи.
Для снижения потребляемой мощностиэти микросхемы работают от одного источника питания от 2,7 В до 3,6 В и имеютрежим пониженного энергопотребления, в котором потребляемый ток менее 1 мкА.Кроме того, четырехпроводный интерфейс значительно уменьшает число выводовустройства используемых для управления передачей данных по шине, чтообеспечивает высокую интеграцию и меньшую стоимость по сравнению с другимиподобными схемами. Микросхемы памяти серии M25Pxx выпускаются в широком и узкомS08, LGA и MLP корпусах.
2.5 Составляющие оценкипрограммирования SoC-памяти
В M 25 PXX имеется удобныйпрограмматор / считыватель. Этот программатор подключается непосредственно ккомпьютеру и обеспечивает пользователю прямой доступ и управлениепоследовательной Flash-памятью M 25 xxx в любой конфигурации.
M45PExx – серия микросхемэнергонезависимой памяти высокой производительности, обладающая более высокойзернистостью, чем ранее. Любая страница в 256 Байт может быть отдельно стерта изапрограммирована, а команда Write предусматривает возможность модифицированияданных на байтовом уровне. Кроме того, архитектура M45PExx оптимизирована поминимуму необходимого прикладного программного обеспечения. Для модифицированияодной страницы в 256 байт требуется время 12 мс для записи, 2 мс дляпрограммирования или 10 мс для стирания. Это делает высокопроизводительныемикросхемы последовательной энергонезависимой памяти M45PExx очень удобными дляиспользования в приложениях, требующих хранения большого количества частоизменяющихся данных.
Специализированные микросхемы памятиимеют индивидуальные характеристики для конкретных приложений илиразрабатываются в соответствии с предъявляемыми требованиями. Они основаны настандартных матрицах памяти со специфичной электрической схемой ввода-вывода испециализированной внутренней логикой. Эти изделия основаны на последовательнойEEPROM и включают логику для приложений типа компьютерного монитора " Plugand Play " со стандартом VESA, компьютерные модули DRAM и др.
Среди данных микросхем можно отметитьM 24164 – 16 Kб каскадируемуюEEPROM со специальной адресацией,возможностью использования 8 устройств каскадом на одной шине и специальнойадресацией, используемой при конфликтах на шине I2C .
Другой специализированноймикросхемой, которая может найти широкое применение на нашем рынке является M34C00– электронный дескриптор платы, предназначенный для хранения небольшихэлектронных заметок о плате.В M34C00 можно сохранять реГАСтрационныйномер, заводские установки (по умолчанию), пользовательские установки, данные особытиях в течение срока службы платы, сведения об отказах и сервисномобслуживании любой платы и др.
Данная микросхема имеет 3 банка по128 бит (один не стираемый OTP-типа), один стандартный банк EEPROM и одинстандартный 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 бесконтактныхмикросхем памяти
Бесконтактные микросхемы памятиявляются специфическим продуктом. Поклассификации их с одной стороны можно отнести к специализированным EEPROM, а сдругой стороны их можно выделить как самостоятельный вид памяти, получающий впоследнее время очень широкое применение в разных сферах.
Новый стандарт ISO для бесконтактнойкоммуникационной памяти – ISO 14443 тип В (реализован в микроконтроллерныхустройствах ГАС, транспорта и т.п.), а также ISO 15693 и ISO 18000.
В настоящее время предложена новаясерия микросхем бесконтактной памяти и бесконтактных микросхем связи срадиочастотным интерфейсом для приложений типа меток, радиочастотнойидентификации (RFID) и бесконтактных систем доступа с использованием специализированныхмикросхем памяти. Отметим особенности некоторых микросхем данного типа.
Микросхема SRIX 4 K имеет 4096пользовательских бит EEPROM с OTP, двоичный счетчик и защиту записи.Соответствует стандарту ISO 14443 – 2 / 3 тип B. Обладает патентованнойкомпанией France Telecom функцией антиклонирования. Работает на несущей частоте13,56 MГц с поднесущей частотой 847 кГц, частота со скоростью передачи данных106 кбит/с. Используется амплитудная модуляция (ASK) данных при передачи сосчитывателя на карту и двоичная фазовая модуляция (BPSK) для передачи с картына считыватель.
Микросхема LRI 512 имеет 512бит с блокировкой на уровне блока данных. Она полностью соответствует стандартуISO 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 наодной или двух поднесущих частотах. Производится амплитудная модуляция данныхпри передаче со считывателя на карту и манчестерское кодирование при передаче скарты на считыватель.
В микросхеме CRX 14 имеетсявстроенный в чип механизм радиосвязи с протоколом и модуляцией по стандарту ISO14443 типа B (радиоинтерфейс). Обладает патентованной France Telecom функциейантиклонирования. Обеспечивает последовательный доступ к базе на частоте 400кГц по двухпроводной последовательной шине I2C с возможностью соединения поодной шине с восемью CRX 14. Имеет буфер 32 байта для входного и выходногопакета 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 потеривнешнего питания, является использование резервного питания (миниатюрнойлитиевой батареи), располагаемой непосредственно сверху микросхемы или насистемной плате. Исходя из задач решаемых с использованием ОЗУ, производитсячетыре типа микросхем NVRAM: супервизоры, ZEROPOWER NVRAM, последовательныечасы реального времени (Serial RTC) и TIMEKEEPER NVRAM .
2.5.2 Особенности супервизоров
Выделяют два класса супервизоров:супервизоры микропроцессоров (Microprocessor supervisor) и супервизорыэнергонезависимых ПЗУ (NVRAM supervisor), а также возможна комбинация обоихклассов.
Основными функциями супервизорамикропроцессора (µP) являются мониторинг напряжения и функция сторожевоготаймера (Watchdog). Большинство супервизоров микропроцессоров включают этифункции. В комбинированных микросхемах возможна интеграция и других функций.Основными функциями супервизора NVRAM являются мониторинг напряжения с переключениембатареи и защита записи.
2.6 Решение проблем переключенияпитающего напряжения в процессе сервисного обслуживания
Монитор напряжения предохраняетмикропроцессор (и систему), путем контроля напряжения источника питания игенерации сигнала СБРОС (RESET), для перехода микропроцессора вначальное состояние при недопустимо низком значении питающего напряжения. Этаопция называется Low Voltage Detect (LVD) – «Обнаружение низкогонапряжения».
При включении питания мониторнапряжения также выдает сигнал RESET до тех пор, пока напряжение питания нестабилизировалось. Эта опция называется Power – on Reset (POR) –«Сброс при включении питания».
Встроенная схема переключенияаварийной батареи контролирует напряжение внешнего источника питания. Когда онопадает ниже определенного порога переключения, происходит переключение набатарейное питание, что обеспечивает непрерывную подачу напряжения кмаломощному статическому ОЗУ (LPSRAM) для сохранения в нем данных.
Интегрированная схема защиты записиконтролирует напряжение внешнего источника питания и, когда оно падает ниженекоторого порогового уровня, закрывает доступ к LPSRAM .
Иногда для полученияэнергонезависимого ОЗУ разработчики решают задачу их создания вместоиспользования имеющихся в наличии модулей. Стандартное маломощное ОЗУ (SRAM)может быть преобразовано в NVRAM путем прибавления батареи питания, схемызащиты записи и схемы переключения батарейного питания. Компания ST имеетнесколько устройств, которые интегрируют все эти функции. Кроме того, батарея икварц интегрированы в корпусе типа SNAPHAT ®, что упрощает задачу разработкиNVRAM решения.
Так как для бесперебойного питаниячасов реального времени требуется переключатель батареи и цепь защиты записи,то это естественно вызывает желание иметь часы реального времени в супервизореNVRAM. Существуют три микросхемы, которые имеют такую комбинацию – этомикросхемы M41ST85, M48T201 и M48T212. Все эти три устройства включаюттакже функции супервизора микропроцессора: POR, LVD и сторожевого таймера.Супервизоры NVRAM с часами реального времени имеют название TIMEKEEPER.
Корпус микросхем M41ST87 свстроенным кварцем способствует обеспечению безопасности сервисного обслуживания.Помимо экономии пространства и стоимости, связанной с системотехническимиработами, кварц закрыт от доступа извне. Кроме того, он лучше огражден отвоздействий природной среды. С учетом всех факторов можно утверждать, что такоерешение позволяет уменьшить стоимость системы в целом.
Супервизор NVRAM микросхем M41ST87может использоваться для управления маломощным ОЗУ. Здесь задействуютсяследующие встроенные схемы: схема автоматического переключения батареи, схемаразрешения доступа (Chip — Enable Gate) для защиты ОЗУ от записи и мониторбатареи. Это дает возможность пользователю создать NVRAM, используя резервнуюбатарею M41ST87 для дублирования питания LPSRAM.
В основе микросхемы M41ST87 лежатпрограммируемые (с батарейным питанием) часы реального времени с реГАСтрамисчетчиков, которые прослеживают время и дату с разрешающей способностью впределах: от сотых долей секунд до сотен лет. Обращение к ним осуществляется поинтерфейсу I2C с частотой 400 кГц. Сформированные с использованием маломощнойКМОП технологии, ОЗУ схемы часов реального времени M41ST87 организовано как256x8 бит, с реГАСтрами по 21 байт и имеет 128 байт собственной NVRAM плюс 8байт отведенной на уникальный порядковый номер.
Микропроцессорный супервизормикросхем M41ST87 включает две независимые схемы предварительного предупрежденияо сбое питания (PFI / PFO) с опорным напряжением компараторов 1,25 В, схемусброса, которая может запускаться от нескольких источников по двум входам, исхему обнаружения падения стабилизированного напряжения питания с выдачейсигнала сброса. В качестве источника сброса может использоваться также исторожевой таймер с программируемым временем ожидания от 62,5 мсек до 128 сек.Кроме того, в качестве источников сброса могут быть сконфигурированы и цепи обнаружениянесанкционированного доступа. Одну или обе цепи PFI / PFO можно использовать нетолько для предварительного предупреждения о сбое питания, но и для управленияцепями повторного включения.
Таким образом, при использованииM41ST87 можно контролировать до трех различных напряжений питания (включая Vcc).
2.7 Архитектура SoC-памяти
Низкопрофильный корпус SOX28 занимаетмало пространства на плате (2,4 х 10,42 мм, включая выводы). Микросхемы M41ST87 работают в индустриальном диапазоне температур от –40ºС до +85ºC.
Для решений с поверхностным монтажоми высокой плотности ОЗУ предлагается использовать отдельно супервизор инесколько LPSRAM. Такое многокристальное решение часто требует меньшееколичество места на плате, чем другие решения, и намного ниже по стоимости, чемгибридные DIP .
Пользователи могут подключать ксоответствующему супервизору NVRAM различное количество LPSRAM, что позволяетконфигурировать широкое разнообразие плотностей и возможностей. Типовыекомбинации включают:
– 16 Мбит, 3 В или 5 В SMT решение,использующее M40Z300 супервизор без верхней батареи с четырьмя маломощными ОЗУтипа M68Z512;
– 1 Мбит или 4 Мбит, 3 В SMT решение,использующее M40SZ100W SNAPHAT супервизор и маломощные SRAM типа M68Z128W илиM68Z512W.
Микросхемы серии ZEROPOWER получилисвое название за способность сохранять данные при отсутствии внешнего сетевогопитания. Они состоят из двух основных компонентов: маломощного ОЗУ (LPSRAM) исупервизора NVRAM (рис. 2.3). Типовое ОЗУ типа LPSRAM потребляет обычно менееодного мкА при работе только с батареей и может сохранять данные в течениенескольких лет при использовании для питания миниатюрной литиевой батарейки.
Супервизор NVRAM состоит из двухосновных схем: схемы переключения батареи и схемы защиты записи. Схемапереключения батареи переключает питание LPSRAM от системногостабилизированного источника питания (Vcc) на батарейное питание (Vbat). Этасхема осуществляет контроль за Vcc и когда оно начинает падать, питание LPSRAMпереключается на резервную батарею.
/>
Рисунок 2.3 – Схема переключениясетевого питания при сервисном обслуживании SoC-памяти NVRAM
При снижении Vcc менее некоторогопорогового значения микропроцессор может вести себя неустойчиво, и это можетпривести к ошибочным записям и даже к очистке содержимого ОЗУ. Схема защитызаписи закрывает микропроцессору доступ к LPSRAM для предотвращения такойситуации.
Все микросхемы ZEROPOWER NVRAM обладаюттакими же возможностями и никаких других внешних схем при этом не требуется. Внастоящее время, выпускаются микросхемы с интегрированными на одном кристаллесупервизором NVRAM и LPSRAM с плотностью до 256 кбит и ниже. Для более высокихплотностей пока используются две отдельные микросхемы.
2.8 Корпус SoC-памяти
Микросхемы NVRAM доступны в различныхкорпусах. Основным корпусом для поверхностного монтажа (SMT) является корпус SNAPHAT(рис. 2.4 а). Микросхема в корпусе SOH 28 имеет стандартное расположениевыводов SRAM, а батарея крепится сверху на застежках, что обеспечивает еелегкую замену. Корпус типа CAPHAT (рис. 2.4 б) имеет неотсоединяемуюбатарею. Он рекомендуется для приложений, использующих монтаж «черезотверстие ».
/>
Рисунок 2.4 – Типы корпусовSoC-памяти
Для решений с монтажом «черезотверстие» и высокой плотности ОЗУ предлагается гибридный корпус DIP, вкотором LPSRAM и супервизор – отдельные микросхемы, установленные на общейпечатной плате вместе с батареей (рис. 2.4 с). В настоящее время доступныплотности ОЗУ до 16 Mбит.
С учетом потребностей разработчиков,одним из последних ZEROPOWER NVRAM является микросхема M48Z32V внизкопрофильном корпусе. Микросхема M48Z32V имеет LPSRAM c плотностью памяти32 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 проектировщиковпроблемы габарита по высоте.
Микросхема M48Z32V имеетвстроенный коммутатор аварийного батарейного питания и цепи защиты от записипри сбоях питания совмещенные с 256 кбит маломощной SRAM. Время доступа дляэтих 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 семкостью 18 мА/ч. Эта микросхема совместима с системами, уже содержащимилитиевые батареи на плате. Сочетание низкопрофильного корпуса со стоимостью M48Z32Vпозволяет использовать ее как удачное решение NVRAM во многих приложениях.
При использовании своих контактов дляподключения к любому батарейному питанию, микросхема M48Z32V можетиспользоваться как обыкновенное асинхронное статическое ОЗУ для любогомикропроцессора или микроконтроллера.
Микросхема M48Z32V производится вкорпусе SO44, который аналогичен корпусу ST типа SOH44 SNAPHAT, но без верхнейбатареи. Она питается от источника 3,3 В (±10%) и работает в коммерческом диапазонетемператур (от 0 до 70°C).
2.9 Система реального времени в SoC-памяти
Микросхемы TIMEKEEPER NVRAM основанына использовании базовой технологии NVRAM. Так как в микросхемах ZEROPOWER NVRAMприменяется батарейное питание, то добавление часов реального временисущественно расширяет возможности микросхем NVRAM и области их применения. Своеназвание TIMEKEEPER такие микросхемы получили именно из-за наличия часовреального времени с календарем, которые выдают в систему точное время, день идату даже при отсутствии внешнего системного питания (рис. 2.5).
/>
Рисунок 2.5 – Схема системы реальноговремени SoC-памяти TIMEKEEPER
Микросхемы TIMEKEEPER NVRAMизготавливаются на базе ZEROPOWER NVRAM, к которым добавляется схема часов / календаряреального времени, включая кварцевый генератор на 32 кГц. Схема переключенияаварийного питания, используемая для сохранения данных в LPSRAM, используетсятакже и для RTC. Аналогично, в интересах защиты записи RTC, применяется и схемазащиты записи NVRAM. Генератор RTC оптимизирован по питанию и его потреблениене превышает 40 nA.
Принцип работы часов реальноговремени состоит в использовании генератора 32 кГц с последующим делениемчастоты несколькими счетчиками. Первый счетчик делит частоту генератора на32,768 и на его выходе получается сигнал с частотой в один герц. Следующийсчетчик считает количество секунд, и раз в минуту выдает сигнал на счетчик минут.Следующие последовательные счетчики продолжают деление частоты вниз вплоть довыдачи одного импульса в столетие. Для управления числом дней в каждом месяце иучета високосного года используется дополнительная логика.
Данные на выходах счетчиков соответствуюттекущему времени и дате. Эти параметры переносятся в область распределеннойпамяти NVRAM и фигурируют как обыкновенные адреса ячеек ОЗУ. Пользователисчитывают / записывают время и дату путем чтения / записи этих адресов впространстве NVRAM.
Буферы обеспечивают«бесшовное» чтение / запись данных RTC. При чтении RTC, кадрзахваченных данных о текущем состоянии реального времени сохраняется в буферах,откуда и производится считывание данных микропроцессором. Наличие кадра данныхгарантирует неизменность времени в процессе очередного цикла считываниямикропроцессором. Аналогично в течение цикла записи, буфера задерживают данные,поступающие от микропроцессора, и ждут конца цикла записи информации«день-дата-время» для одновременной передачи поступивших данныхсчетчикам часов.
РеГАСтры RTC отображаются в памятиLPSRAM. Для этого задействуется от 8 до 16 байт LPSRAM. День, дата, и времясчитываются и записываются в виде обыкновенных адресов ОЗУ. Имея в своемсоставе ZEROPOWER NVRAM, микросхемы TIMEKEEPER NVRAM сохраняют и все ихосновные особенности, включая отсутствие дополнительных внешних схем. Приплотности памяти до 256 кбит, часы реального времени и супервизор NVRAMинтегрированы на одном кристалле с LPSRAM. Для более высоких плотностей памятииспользуется отдельная микросхема LPSRAM. В зависимости от технологииисполнения, компоненты, составляющие микросхему, могут размещаться в одном«гибридном» корпусе, или же на одной подложке в отдельном корпусе ИС(развивающаяся технология упаковки TIMEKEEPER).
Подобно микросхемам TIMEKEEPER NVRAMпоследовательные часы реального времени (Serial RTC) отслеживают текущеереальное время даже при отсутствии внешнего системного питания. Вместостандартного асинхронного параллельного интерфейса SRAM, последовательные RTCиспользуют последовательную шину.
Данные микросхемы изготавливаются наоснове TIMEKEEPER NVRAM путем уменьшения количества NVRAM до нескольких байт иизменения интерфейса к одному из стандартов, перечисленных выше.
Большинство устройств Serial RTC содержатв себе переключатель батареи, цепи защиты записи и многие другие современныефункции микропроцессорного супервизора, например, сброса питания и сторожевоготаймера (рис. 2.6).
/>
Рисунок 2.6 – Схемамикропроцессорного супервизора в SoC-устройствахSerial RTC
Для приложений, не требующихрезервирования или нуждающихся только в краткосрочном резервировании сиспользованием конденсатора, выпускаются более простые и дешевые устройстваSerial RTC, например, M41T0 и M41T80.
Микросхемы полнофункциональныхпоследовательных часов реального времени имеют много функций микропроцессорногосупервизора. Например: M41T81 – это Serial RTC с интерфейсом I2C 400кГц, Alarm, программируемым Watchdog, программируемым генератором меандра, вкорпусе SO8 или SOX28 типа SOIC (с встроенным в корпус кварцем). Микросхема M41T94является первым устройством Serial RTC ST c интерфейсом SPI. В ней имеютсяинтегрированные схемы PОR / LVD, программируемый Watchdog, Alarm, возможностьподключения кнопки сброса. Микросхема выпускается в корпусах SO16 и SOH28SNAPHAT. Микросхема Serial RTC M41ST84 с интерфейсом I2C 400 кГцвыделяется расширенными возможностями микропроцессорного супервизора. Кромефункций PОR / LVD, программируемого Watchdog и Alarm она обеспечивает функциюраннего предупреждения о сбое питания (PFI / PFO) и сброс по входу.Производится в корпусе SO16.
Современные микросхемы NVRAM достиглитакого уровня интеграции, что некоторые из них (M41ST85, M41ST87 иM41ST95) можно классифицировать и как Serial RTC и как TIMEKEEPER супервизоры.Достигнутый уровень интеграции позволяет теперь размещать кварц непосредственнов монолитном корпусе микросхемы рядом с кристаллом, а не выносить его к верхнейбатарее. Примером такого решения, обеспечивающего повышение надежности ибезопасности, является микросхема М41СТ85МХ6.
Наряду с высоко интегрированнымимикросхемами Serial RTC, выпускаются устройства, содержащие минимумнеобходимого для непрерывной выдачи в систему реального времени. К такимустройствам относятся микросхемы M41T0 и M41T80.Онисодержат полный набор счетчиков времени и учитывают особенности високосных лет.К дополнительным возможностям этих устройств относятся программируемый сигналаварии с функцией обработки прерываний, программируемый выходной меандр иотдельный вывод сигнала с частотой 32 кГц, используемый как эталонный входнойсигнал для тактовых генераторов других микросхем. Имея такие возможности,данные микросхемы покрывают потребности приложений в значительной частипотребительского рынка.
Микросхемы M41T0 и M41T80 имеютпоследовательный интерфейс промышленного стандарта I2C 400 кГц и работают виндустриальном интервале температур от -40º C до +85º C. Производимыев корпусах для поверхностного монтажа, оба устройства работают от источникапитания с напряжением от 2 В до 5,5 В при малом потреблении тока. Например,M41T0 потребляет только 900 нА в дежурном режиме и 35 мкА в активном режиме(при типовом питании 3,0 В). M41T80 потребляет 1,5 мкА в дежурном режиме (притиповом питании 3,0 В) и только 30 мкА в активном режиме (при максимальномнапряжении питания 3,0 В).
В дополнение к основной задачехронометрирования, в микросхеме M41T0 есть опция стопового бита генератора дляобнаружения ухода частоты тактового генератора из-за уменьшения питающегонапряжения. Что касается M41T80, его свойства хронометрирования дополненыпрограммируемым прерыванием по сигналу Alarm с режимами повтора, специальнымвыводом частоты 32 кГц и программируемым выходным меандром с частотой от 1 Гцдо 32 кГц. Специализированный вывод частоты 32 кГц может использоваться дляуправления микропроцессорами и микроконтроллерами со схемой фазовойсинхронизации тактового генератора, которая требует 32 кГц в качестве эталона.Кроме того, этот же вывод может использоваться для тактовой синхронизациимикросхем при их работе на режимах с малой мощностью. Вывод 32 кГц рассчитандля условий постоянной работы, но он может быть заблокирован программнымобеспечением пользователя.
Функция аварийного сигнала (Alarm)микросхемы M41T80 имеет режим с повторением Alarm от одного раза в год доодного раза в секунду. Функция программирования меандра позволяетпрограммировать его частоту от 1 Гц до 32 кГц с множителем 2.
2.10 Способы подключения SoC-памяти
Микросхема M41T80 легко соединяетсяпо шине I2C 400 кГц с почти любыми микропроцессорами и микроконтроллерами (рис.2.7), а при добавлении внешнего диода и конденсатора, она может всегдаподдержать микроконтроллер при кратковременном отказе питания. Так как шина I2Cработает с открытым стоком, то нет проблем по согласованию напряжения междумикропроцессором и M41T80 и для развязки по напряжению достаточно использоватьодин диод. При использовании конденсатора с емкостью 1 Ф и питающем напряженииVcc = 3,3 В, ожидаемое время обеспечения резервного питания составляетприблизительно 10 дней.
Микросхемы M41T80 выпускаются вмалоразмерном корпусе типа SO8. Возможна поставка и в корпусе TSSOP8.
Наиболее простым устройством из сериимикросхем SERIAL RTC является микросхема M41T0, разработанная на базеM41T00, M41T0. У этого устройства нет переключателя батареи и программнойкалибровки часов, но есть функция обнаружения сбоя генератора и интерфейс I2C с400 кГц.
Микросхема M41T0 прииспользовании внешнего конденсатора с емкостью 1 Ф при питании в 3,3 В можетобеспечить резервное питание продолжительностью до двух недель.
Верхняя батарея для микросхем NVRAMпоставляется отдельно и это обязательно надо учитывать при формированиисервисного комплекта к данным схемам.
/>
Рисунок 2.7 – Схема соединения SoC-памяти с микроконтроллером
Таким образом, SoC-память NVRAM отличается, в первуюочередь, более высокой интеграцией, наличием встроенного переключателя батареии возможностью программной калибровки часов, для чего используется программноеобеспечение, рассмотренное в третьем разделе квалификационной работы бакалавра.
3. программноеобеспечение систем сервисного ОБСЛУЖИВАНИя soc-памяти
Ввидубольшого количества фирм-производителей программного обеспечения для SoC-микросхем, в данномразделе дипломной работы, дадим общую характеристику требованиям, удовлетворятькоторым должны программные продукты для систем сервисного обслуживаниявстроенной памяти ГАС.
Во-первых, программная среда должнавключать полный цикл разработки, начиная от ввода алгоритма, включая процессотладки и заканчивая программированием кристалла. Разработка программы можетбыть как на уровне ассемблера, так и на макроуровне с манипуляциеймногобайтными величинами со знаком.
Во-вторых, в отличие от программ на классическомассемблере, программа должна вводиться в виде алгоритма с древовиднымиветвлениями и отображаться на плоскости, в двух измерениях. Сеть условных ибезусловных переходов должна отображаться графически, в удобной векторнойформе. Это к тому же освобождает программу от бесчисленных имен меток, которыев классическом ассемблере являются неизбежным балластом. Вся логическаяструктура программы должна быть наглядной.
В-третьих, должны быть учтенывозможности графических технологий, раскрывающих новые возможности дляпрограммистов. Визуальность логической структуры уменьшает вероятность ошибок исокращает сроки разработки. Появляется такое понятие, как дизайн алгоритма,предполагающее некоторый художественный вкус программиста, в рамках понятиятехнической эстетики.
В-четвёртых, учитывая нарастающийдефицит времени, как атрибут технологического развития, по сравнению склассическим ассемблером, время на разработку программного обеспечения должнобыть сокращено в 3 – 5 раз.
В-пятых, должна поддерживатьсяавтоматическая перекодировка строк ANSI-кодов Windows в коды русифицированногобуквенно-цифрового ЖКИ.
В-шестых, среда должна объединить всебе графический редактор, компилятор алгоритма, симулятор микроконтроллера,внутрисхемный программатор. При использовании внутрисхемного программаторамикроконтроллер может подключаться к COM-порту компьютера через несложныйадаптер, например: три диода и несколько резисторов. Программатор ведет подсчетчисла перепрограммирования кристалла, сохраняя счетчик непосредственно вкристалле.
В-седьмых, программная среда должна обеспечиватьмониторную отладку на кристалле (On Chip debug), которая позволяет наблюдатьсодержимое реального кристалла в заданной точке останова. При этом для связимикроконтроллера с компьютером, может использоваться только один вывод, причемпо выбору пользователя. Мониторная отладка может быть применена к любому типукристалла, имеющего SRAM.
И наконец, программное обеспечениедолжно поддерживать наиболее широкую линейку типов кристаллов и предназначатьсядля работы во всех операционных системах.
выводы
Впроцессе выполнения квалификационной работы бакалавра, была достигнута цельработы, а именно: разработаны компоненты инфраструктуры сервисного обслуживаниякристалла памяти ГАС.
Длядостижения цели работы, были выполнены следующие теоретические этапы:
– дана общая характеристика системы на кристалле;
–очерчены современные тенденции развития;
–приведена номенклатура выпускаемой памяти на кристалле;
Приразработке компонентов инфраструктуры сервисного обслуживания SoC-памяти, всоответствии с принципами создания сервисных систем, были получены такиерезультаты:
–сформирована система сервисной идентификации SoC-памяти;
– составлены инструкции при сервисномобслуживании SoC-памяти;
– разработана система сохраненияпараметров сервисного обслуживания;
– систематизированы составляющиеоценки программирования SoC-памяти,включающие особенности бесконтактных микросхем памяти и особенностисупервизоров;
– решена проблем переключенияпитающего напряжения в процессе сервисного обслуживания;
– приведена архитектура SoC-памяти;
– охарактеризованы типы корпусов;
–раскрыта система реального времени, используемая в SoC-памяти;
–разработаны способы подключения SoC-памяти.
Также,в работе приведены требования к программному обеспечению, создающемуся применительнок задачам сервисного обслуживания систем soc-памяти ГАС.
Извсего вышеперечисленного можно сделать выводы, что стандартные изделия классаSoC обеспечивают комбинацию гибкости проектирования и скорости сервисногообслуживания.
Очевидно,что системы на кристалле, базирующиеся на ASIC, являются, в настоящее время,наиболее рациональным решением в качестве встроенной памяти ГАС. Любаяреализованная SoC-память, дешевле самого изысканного программируемого иликонфигурируемого решения. Однако, цикл проектирования изделий этого классасложен и длителен, стоимость разработки и верификации проектов остаетсявысокой.
Несмотряна это, SoC-память, является решением общей проблемы получения малогабаритного,функционально насыщенного, универсального, малопотребляющего класса микросхем,которые помимо всего должны быть реконфигурируемыми и достаточно просты с точкизрения сервисного обслуживания. К тому же, один и тот же тип кристалла SoCможет решить несколько задач, например, заменить линейку серийно выпускаемыхмикросхем памяти с различными периферийными блоками интерфейсного сопряжения.
литературныеисточники
1. Проектированиеи диагностика компьютерных систем и сетей. Бондаренко М.Ф., Кривуля Г.Ф.,Рябцев В.Г. и др. К.: НМЦ ВО, 2000. – 306 с.
2. Хаханов В.И.,Хаханова И.В. VHDL + Verilog = Синтез за минуты. Харьков: СМИТ, 2007. – 264 с.
3. ПарфентийА.Н., Хаханов В.И., Литвинова Е.И. Модели инфраструктуры сервисногообслуживания цифровых систем на кристаллах // АСУ и приборы автоматики. – 2007.– Вып. 138. – С. 83 – 99.
4. ХахановВ.И., Хаханова А.В., Литвинова Е.И. Алгебро-логический метод ремонта встроеннойпамяти SoC // Відмовостійкі системи. – 2008. – С. 99 –109.
5. ХахановВ.И. Инфраструктура сервисного обслуживания SoC // Вестник томскогогосударственного университета. – №4. – 2008. – С. 74 – 101.
6. HahanovV., Kteaman H., Ghribi W., Fomina E. HEDEFS – Hardware embedded deductive faultsimulation // Proc. volume from the 3-rd IFAC Workshop, Rydzyna, Poland, 2006.– P. 25 – 29.
7. ФедотовЯ., Щука А. Система на кристалле // Электронные компоненты. – 2001. – №2. – С. 3– 5.
8. Mixed-Signal ASIC Solutions // AMI Press, 2000. – 86 p.
9. System-on-Chip // micron AG Press, 2000. – 104 p.
10. Analog and Mixed-Signal ASICs // PREMA Semiconductor Press,2000. – 208 p.
11. ASIC:Парад технологий. (Пер. О.Александрова) // Chip News. –2000. – №9. – C. 8 – 11.
12. КривченкоИ. Системная интеграция в микроэлектронике – FPSLIC // Chip News. – 2000. – №3.– С. 4 –10.
13. КривченкоИ. Системная интеграция в микроэлектронике — FPSLIC. Часть 2: FPSLIC – вопросыи ответы // Chip News. – 2000. – №4. –С. 62 – 64.
14. КоролевН. ATMEL FPSLIC – элементная база XXI века // Chip News. – 2001. – №1. – С. 16– 19.
15. ЗолотухоР. System Designer – пакет для разработки устройств на основе FPSLIC // ChipNews. – 2001. – №2. – С. 8 – 14.
16. ЗолотухоР., Кривченко И. Конфигурируемая система на кристалле Е5 – первое знакомство //Компоненты и технологии. – 2001. –№1. – С. 26 – 29.
17. Программируемыеприборы класса «система-на-кристалле» для встраиваемых применений //Компоненты и технологии. – 2001. – №2. – С. 13. />
18. Методическиеуказания к дипломному проекту для студентов специальности 8.091402 «Гибкиекомпъютерные системы и робототехника» Упоряд. В.В. Токарев, О.М. Цимбал. –Харьков: ХНУРЭ, 2003. – 40 с.
19. Державнийстандарт України. ДСТУ 3008-95. Документація. Звіти у сфері науки і техніки.Структура і правила оформлення. Чинний від 01.01.96. – К.: Держстантдарт, 1995.– 60 с.
20. ГОСТ2.105-2001. Единая система конструкторской документации. Общие требования ктекстовым документам. – М.: Из-во стантдартов, 2001. – 76 с.
21. Единаясистема конструкторской документации: Справ. пособ. / С.С. Борушек А.А. Волков,М.М. Ефимова и др. — 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во стандартов, 1989. –352 с.