标签: FRAM

对于做快速存储采集数据类产品的用户来说，在处理突发掉电情况时需要保存现有数据并避免数据丢失，这种情况下有很多种解决方案，铁电存储器(FRAM) 就是个很好的选择。FRAM是一种具有快速写入速度的非易失性存储器，既可以进行非易失性数据存储，又可以像RAM一样操作。 本文将借助飞凌嵌入式OK3568-C开发板来为大家介绍一种采用FRAM的方案—— 使用SPI0挂载PB85RS2MC (FRAM) 芯片 。本文所描述的驱动文件和应用文件，可联系飞凌嵌入式的技术支持获取。 修改思路—— 我们要添加一个SPI设备，需要进行如下操作：在设备树中添加描述→设备树描述中对应设备驱动→设备驱动添加到内核。 修改结果—— 修改 OK3568-linux-source/kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/OK3568-C-common.dtsi 修改如下： 接下来笔者为大家介绍一下适配的过程。 1 驱动程序 我们在menuconfig中搜索fm25、pb85等比较常用的FRAM字眼，发现并没有类似的驱动程序，这时就需要手写或者移植一个驱动程序。在搜遍各大网站之后找到了一个W25Q64的驱动，对比了一下PB85RS2MC的各种操作码以后，发现两者的操作码大差不差，因此就决定将W25Q64的驱动移植过来。根据PB85RS2MC芯片手册中叙述，各种操作码为： 因此，在驱动程序中宏定义以下操作码，以便在接下来的驱动程序中使用： 首先要在驱动程序中进行初始化函数和退出函数，也就是spidev_init和spidev_exit，init函数里就是进行字符设备的初始化，注册等的操作，exit函数就是要把我们注册的东西在退出时都释放掉，再者就是驱动程序和设备树匹配，匹配是通过compatible属性值匹配的，这里我们一定要和设备树中的compatible属性值一致，否则会匹配不成功。驱动程序中.compatible值如下图所示。 驱动和设备树匹配成功以后就要执行probe函数，这里probe函数执行了一些初始化和注册主次设备号的操作。我们可以通过是否打印 spi_probe success！ 来判断驱动程序，是否和设备树匹配成功。 从PB85RS2MC芯片手册中看读的条件，读取FRAM存储单元的数据，需要READ的操作码，任意24位地址输入到SI。第一个spi_transfer 结构体用于发送命令cmd 到SPI设备，在读取数据之前准备设备，第二个是发送地址到SPI设备，第三个是接收从设备读取的数据。 这段代码实现了从 SPI设备中同步读取数据，并将数据复制到用户空间的功能。 从PB85RS2MC芯片手册中看写的条件，WREN命令用于设置写使能锁存器。需要在写操作（WRITE命令） 之前使用WREN命令设置写使能锁存器，WRITE命令将数据写入 FRAM存储单元阵列。WRITE操作码、任意24位地址和8位写入数据输入到 SI。 下面这段代码实现了向SPI设备发送写入使能命令的功能。 这段代码实现了向SPI设备同步写入数据的功能。它先发送写入使能命令，然后发送地址信息和数据。 下面这段代码向 SPI设备中同步写入数据的功能，将用户空间的数据复制到设备的发送缓冲区，并调用spidev_sync_write 函数将数据写入SPI 设备。 2 应用程序 向SPI设备写数据，调用lseek来改变写入数据的位置，这样就可以在整个SPI设备里写数据，如./writeframAPP /dev/pb85rs 0 forlinx （ 0 是要写入的地址， forlinx 是要写入的内容）。 从SPI设备读数据，调用lseek来改变读取数据的位置，这样就可以在整个SPI设备里读数据，如./readframAPP /dev/pb85rs 0 （ 0 是要读取数据的地址） 3 实际测试 （1）首先将fram.ko, readframAPP, writefram APP拷贝到OK3568-C开发板的任意文件夹中。 （2）用insmod加载fram.ko模块，出现 spi_probe success! 说明驱动和设备树匹配成功。 （3）在/dev/下看有没有 pb85rs 设备。 （4）使用./writeframAPP /dev/pb85rs 1500 forlinx 向设备写数据， 1500 是地址， forlinx 是要写入的内容。 （5）使用./readframAPP /dev/pb85rs 1500 （ 1500 是要读取数据的地址） 4 断电测试 断电一天后重新读取PB85RS2MC的数据，发现数据仍然存在。验证了PB85RS2MC铁电存储芯片的断电数据保留特性。 至此，我们就完成了在OK3568-C开发板上添加一个新的SPI铁电存储芯片的操作！

对于做快速存储采集数据类产品的用户来说，在处理突发掉电情况时需要保存现有数据并避免数据丢失，这种情况下有很多种解决方案，铁电存储器(FRAM) 就是个很好的选择。FRAM是一种具有快速写入速度的非易失性存储器，既可以进行非易失性数据存储，又可以像RAM一样操作。 本文将借助飞凌嵌入式OK3568-C开发板来为大家介绍一种采用FRAM的方案—— 使用SPI0挂载PB85RS2MC (FRAM) 芯片 。本文所描述的驱动文件和应用文件，可联系飞凌嵌入式的技术支持获取。 修改思路—— 我们要添加一个SPI设备，需要进行如下操作：在设备树中添加描述→设备树描述中对应设备驱动→设备驱动添加到内核。 修改结果—— 修改 OK3568-linux-source/kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/OK3568-C-common.dtsi 修改如下： 接下来笔者为大家介绍一下适配的过程。 1 驱动程序 我们在menuconfig中搜索fm25、pb85等比较常用的FRAM字眼，发现并没有类似的驱动程序，这时就需要手写或者移植一个驱动程序。在搜遍各大网站之后找到了一个W25Q64的驱动，对比了一下PB85RS2MC的各种操作码以后，发现两者的操作码大差不差，因此就决定将W25Q64的驱动移植过来。根据PB85RS2MC芯片手册中叙述，各种操作码为： 因此，在驱动程序中宏定义以下操作码，以便在接下来的驱动程序中使用： 首先要在驱动程序中进行初始化函数和退出函数，也就是spidev_init和spidev_exit，init函数里就是进行字符设备的初始化，注册等的操作，exit函数就是要把我们注册的东西在退出时都释放掉，再者就是驱动程序和设备树匹配，匹配是通过compatible属性值匹配的，这里我们一定要和设备树中的compatible属性值一致，否则会匹配不成功。驱动程序中.compatible值如下图所示。 驱动和设备树匹配成功以后就要执行probe函数，这里probe函数执行了一些初始化和注册主次设备号的操作。我们可以通过是否打印 spi_probe success！ 来判断驱动程序，是否和设备树匹配成功。 从PB85RS2MC芯片手册中看读的条件，读取FRAM存储单元的数据，需要READ的操作码，任意24位地址输入到SI。第一个spi_transfer 结构体用于发送命令cmd 到SPI设备，在读取数据之前准备设备，第二个是发送地址到SPI设备，第三个是接收从设备读取的数据。 这段代码实现了从 SPI设备中同步读取数据，并将数据复制到用户空间的功能。 从PB85RS2MC芯片手册中看写的条件，WREN命令用于设置写使能锁存器。需要在写操作（WRITE命令） 之前使用WREN命令设置写使能锁存器，WRITE命令将数据写入 FRAM存储单元阵列。WRITE操作码、任意24位地址和8位写入数据输入到 SI。 下面这段代码实现了向SPI设备发送写入使能命令的功能。 这段代码实现了向SPI设备同步写入数据的功能。它先发送写入使能命令，然后发送地址信息和数据。 下面这段代码向 SPI设备中同步写入数据的功能，将用户空间的数据复制到设备的发送缓冲区，并调用spidev_sync_write 函数将数据写入SPI 设备。 2 应用程序 向SPI设备写数据，调用lseek来改变写入数据的位置，这样就可以在整个SPI设备里写数据，如./writeframAPP /dev/pb85rs 0 forlinx （ 0 是要写入的地址， forlinx 是要写入的内容）。 从SPI设备读数据，调用lseek来改变读取数据的位置，这样就可以在整个SPI设备里读数据，如./readframAPP /dev/pb85rs 0 （ 0 是要读取数据的地址） 3 实际测试 （1）首先将fram.ko, readframAPP, writefram APP拷贝到OK3568-C开发板的任意文件夹中。 （2）用insmod加载fram.ko模块，出现 spi_probe success! 说明驱动和设备树匹配成功。 （3）在/dev/下看有没有 pb85rs 设备。 （4）使用./writeframAPP /dev/pb85rs 1500 forlinx 向设备写数据， 1500 是地址， forlinx 是要写入的内容。 （5）使用./readframAPP /dev/pb85rs 1500 （ 1500 是要读取数据的地址） 4 断电测试 断电一天后重新读取PB85RS2MC的数据，发现数据仍然存在。验证了PB85RS2MC铁电存储芯片的断电数据保留特性。 至此，我们就完成了在OK3568-C开发板上添加一个新的SPI铁电存储芯片的操作！

富士通在正于美国举行的ISSCC 2006上发表了配备FRAM的无源型UHF频带无线标签系统的技术详情（演讲序号：17.2）。虽然FRAM已经应用于使用13.56MHz频带的无线标签中，但UHF频带还存在若干问题没有解决。此次通过采用面向无线标签的新技术解决了这些问题，比如采用“电流检测”方式、通过电流值来读取信号。 通过电流检测确保直线性 　　与作为非挥发性内存广泛使用的EEPROM相比，FRAM的特点是：数据写入时的电压低、写入速度快。因此利用13.56频带的无线标签大多使用FRAM。 据富士通称，目前“已经供货3亿个FRAM”。 不过，要在通信距离大大延长的UHF无线标签上使用FRAM，就需要解决几个问题。分别是（1）过近距离的通信不畅；（2）如果用CMOS技术加工标签中的整流电路的话，转换效率就会过低、无法确保足够的通信距离。 　　（1）的原因是使用FRAM的无线标签用的IC的耐压低。耐压低的话，为防止标签接收到较大电信号，就需要保护电路。这样，就很难保证相对于接收电信号的电源电压的直线性和动态范围（图1）。一般情况下，电子电路中传送的“0”、“1”的信息都通过“电压检测”这一基于电压高低的方式来识别。当无线标签的接收电压太大时，也就是说通信距离太小时，相对于电力的变化幅度而言，电压的变化幅度也非常之小，从而导致信号无法识别。 图1：电压的直线性较低，难以进行近距离通信。 图2：电压保持一定，以电流强弱来检测信号。 　　 对于这一问题，富士通的解决办法是：强化保护电路、保持电源电压几乎不变，然后通过信号识别来检测电流（图2）。电流检测就是电流的强弱分别代表“0”和“1”，以此来交换信息。“在无线标签上采用目前世界上尚无先例”（富士通）。如果电压保持一定的话，电流对电力的变化就会表现出较好的直线性和较大的动态范围。 　　这样做的优点是：不仅近距离通信容易实现，而且通信时的振幅调制中，振幅的高低差也可以控制在较小的范围。如果振幅高低差比较小的话，在数据传输速度一样的情况下，电波所占的频带宽度就会小一些。 通过CMOS实现低阀值整流电路 　　 （2）中的CMOS技术引起的整流电路效率低的问题，富士通在2005年2月ISSCC上东芝发表的“阀值消除”技术的基础上加以解决。无线标签用IC的整流电路的作用是：不浪费接收电波的电力，并使用于从无线标签到读写器的信号传输。因此，如果整流电路的转换效率降低的话，无线标签的通信距离也将缩短。 　　此次富士通将本来面向有源无线标签开发的阀值消除技术用到了没有电源的无源无线标签上。为了实现很小的电力也能工作，开发出了将寄生容量等减至最小的电路结构。“东芝只使用了nMOS二极管，而我们还使用了pMOS”（富士通系统LSI开发研究所泛在研究中心主任研究员桝井升一）。 　　这样，在保持低阀值的同时，使用0.35μm规格的CMOS技术加工出了整流电路。整流电路的转换效率方面，4m距离通信时高达36.6％。此次试制的无线标签在写入时，通信距离可达4.3m。“使CMOS技术的使用成为可能，而且制造成本也大大降低了”（桝井升一）。 　　原来的UHF无线标签方面，高于阀值过高而无法在整流电路中使用CMOS技术，一直采用的是使用肖特基二极管的电荷泵。但基于该技术的整流电路的转换效率太低，只有10％左右，而且由于电路形成方面需要使用特殊工艺技术，所以在微细化以及制造成本降低方面均存在问题。在2005年的ISSCC上，东芝曾宣布开发成功了使用nMOS二极管代替肖特基二极管的整流电路、转换效率达到16.6％。

FRAM产品结合了ROM的非易性数据存储性能和RAM的优势，具有几乎无限次的读写次数、高速读写周期和低功耗特点。我们的F-RAM产品线具有多种接口和容量，包括工业标准的串行和并行接口；工业标准的封装类型；64Kb、128Kb、256Kb、1Mb、2Mb和4Mb, 8Mb存储容量 所有Ramtron的F-RAM产品具备的3大特点，使其不同于其他非易失性存储技术： 快速写入 F-RAM执行写操作的速度和读操作的速度一样快。就在总线速度下写数据而言，F-RAM对写入的数据变成非易失性数据并没有任何延迟。与基于浮栅技术的非易失性存储器5毫秒的数据读写延时相比，F-RAM的写入速度只为几十纳秒，在汽车安全系统应用中必不可少。 高耐久性 F-RAM提供几乎无限次写入的耐久性，这就意味着它不存在像其他非易失性存储器件那样。对于采用浮栅技术的非易失性存储器而言，存在1E5时钟周期的硬故障和无法写入，不适合应用于高耐久性的应用。 低功耗 F-RAM操作无需(高压)充电激励，因此可以降低功耗。采用浮栅技术的非易失存储器在写操作过程中需要高电压支持，而F-RAM的写操作只需要本身制造工艺的的电压：5V，3V或通过提高工艺使电压更低。

富士通公司继成功量产64Kb 铁电存储器后，最近又成功量产全球第一颗128Kb的铁电存储器，这给全球众多的铁电存储器用户带来了方便，之前Ramtron公司主要提供64Kb和256Kb的FRAM, 富士通此举有力地推动了铁电存储器FRAM的技术进步和发展！最终受益的是全球的用户！！ 技术问题或样品需求可以随时联系我们:13816339719; 021-54383567.或者登录www.hobos.com.cn。