标签: msp-exp430fr5739

    本文由Ken Lee独立整理完成，首发于QQ空间，转载请注明作者与出处。作者水平有限，难免存在错误，不足之处请指正。由于个人原因，原署名斌斌-龙臻，Mr_D_prince不再使用，由Ken Lee，newofcortexm3替代。       MSP-EXP430FR5739 实验板支持新一代采用集成铁电随机存取存储器 (FRAM) 的 MSP430 微处理器设备。 板上资源如图（ 6 ）所示： 图（ 6 ）： MSP-EXP430FR5739 实验板     出厂附带的demo包含了测试 FRAM 特性的4种模式。其操作方式很简单，上电后按一次S1，LED0亮，再按S2，进入FRAM高速写入速度测试模式。上电后按两次S1， LED0~1亮，再按S2，进入模拟FLASH写入速度测试模式。上电后按三次S1，LED0~2亮，再按S2，进入三轴加速度计测试模式。上电后按四次S1，LED0~3亮，再按S2，进入温度写入测试模式。     用户示例程序中附带了用 Java 开发的上位机程序，在四个模式中均可看到往 FRAM 中写数据的速度。如图（ 7 ）所示，左侧仪表盘表示了当前模式 1 下的， FRAM 的写数据速度，右侧仪表盘显示是模式 2 下的模拟 Flash 的写入速度。   图（ 7 ）：示例中的上位机          下位机其逻辑还是很简单的。其实现过程如下：   1. 处理器和外设初始化，此时可观察到板上的LED灯闪烁几个周期。LED的电路设计见手册（slau343）17页，或者见硬件设计压缩包（slac502），LED的控制见函数StartUpSequence，这个功能的实现与Lab1的实现基本一致。   2. 系统进入死循环，等待按键S1，S2中断。S1，S2分别与P4.0，P4.1口相连。其中断服务程序是__interrupt void Port_4(void)函数。使能与禁止中断函数分别为EnableSwitches、DisableSwitches。 在进行调用之前必须对其初始化，这个过程在上一步中完成。中断配置如下： P4OUT |= BIT0 +BIT1;                   // Configure pullup resistor     P4DIR = ~(BIT0 + BIT1);              // Direction = input   P4REN |= BIT0 + BIT1;                  // Enable pullup resistor   P4IES = ~(BIT0+BIT1);                // P4.0 Lo/Hi edge interrupt     P4IE = BIT0+BIT1;                       // P4.0 interrupt enabled   P4IFG = 0;                                // P4 IFG cleared 3. 程序根据按键S1的次数进入不同的模式。每个模式执行的逻辑基本类似，都要向FRAM写数据，控制LED输出，向上位机发送数据。不过模式2，模式3和模式4在写数据之前都得完成一件任务。模式2得先切换时钟，从而模拟出向Flash写数据的时钟频率。模式3和模式4则先配置加速度传感器和温度传感器的端口，然后进行AD转换。     这个过程中，向FRAM写数据由函数FRAM_Write完成，如果起始地址在可利用的范围之内，该函数向存储区写入0x12345678，共512个字节。LEDSequenceWrite函数控制LED，分别对P3、PJ口输出高/低电平。向上位机发送数据的任务则交给了函数TXData。该函数发送的数据包以0xFA开始，以0xFE结束。第二位数据和第三位数据分别告诉上位机当前处于什么模式，有多少个LED灯点亮。利用串口调试工具监视串口，模式1下，下位机发送的数据首个数据为0xFA 0x01 0x00 0x00 0x00 0x00 0xFE，第三位数据位发生变化，从0x00递升至0x07，然后再次从0x00递升，表示了8个LED的周期性循环。模式2接收到的数据除了第二位是0x02外，变化基本一致，不过变化的速率明显下降了许多。以此对比突出FRAM的写入速度。模式3和模式4的第二位数据分别是0x03，0x04，第三位数据相同，是0x34。当程序从当前模式推出时，上位机收到的数据为0xFA 0x55 0x55 0x55 0x55 0x04 0xFE。     其他程序的细节就不再累述了。上文中的LED和按键S1、S2的电路见图（8），或者参考TI提供的原理图。 图（8）：实验板核心部分原理图   对于 Lab2 ，原先的工程在主程序部分是需要我们自己添加的。当然 TI FAE 也提供了解决方法，如下文的代码中加粗斜体所示，详请可参考 Lab2_solution.c 。 MPUCTL0 =  MPUPW ;                    // Write PWD to access MPU registers MPUSEG =  0x0804 ;                       // B1 = 0xC800; B2 = 0xD000                                                 // Borders are assigned to segments MPUSAM = ~ MPUSEG2WE ;         // Segment 2 is protected from write MPUSAM |=   MPUSEG2VS ;           // Violation select on write access    MPUCTL0 =  MPUPW+MPUENA+MPUSEGIE+MPULOCK ;  // Enable NMI MPU protection . . . ptr = (unsigned int  *) 0xC802 ;              但是将 Lab2.c 中需补充的部分按如上所述修改，或者将 Lab2.c Exclude from build ，将 Lab2_solution.c Include Build 之后依然存在编译没法通过的问题，如图（9）所示。 图（9）：Lab2编译问题 通过查手册 slau272 （ MSP430FR57xx Family Users Guide ），了解到 MPULOCK 在寄存器 Memory Protection Unit Control 0 (MPUCTL0) 中，具体位置见图（10）。 因此只要在头文件 msp430fr5739.h 中添加   #define MPULOCK (0x0002)  即可解决编译问题。当然为什么 TI FAE 没添加这句话，是否有其他的考虑，我还在思索中。 图（10）：MPUCTL0寄存器描述     MSP-EXP430FR5739 实验板内部集成了FRAM存储器，附带的demo显著的论证了FRAM的快速性。其板上资源的丰富和低功耗的特性为不少应用提供了解决方案。也是一款优秀的，足以让用户了解FRAM特性的入门级实验板。

本文由Ken Lee独立整理完成，首发于QQ空间，转载请注明作者与出处。作者水平有限，难免存在错误，不足之处请指正。由于个人原因，原署名斌斌-龙臻,Mr_D_prince不再使用，由Ken Lee和newofcortexm3替代。   什么是 FRAM ？   FRAM 是指铁电随机存取存储器 （ Ferroelectric Random AccessMemory ）。 这是最新的 非易失性存储器技术 ，它将 SRAM 的速度、写入寿命及低功耗与闪存存储能力相结合，将传统器件上的两个存储器替换为一个统一的代码和数据存储空间。 FRAM 的功耗极低，在 1.5V 下即可进行编程，而不是像闪存那样需要 10-14V 。因此器件上 无电荷泵。 这也意味着在 FRAM 上编程 无需擦除周期 ，具备比闪存速度更快、功耗更低的存储优势。         通常用作典型的铁电质材料是   PZT (Lead zirconate titanate- 锆钛酸铅 ) 。 PZT 晶体结构点阵中具有锆和钛，作为两个稳定点。它们可以根据外部电场在两个点之间移动。一旦位置设定，即使再出现电场，它也将不会再有任何移动。顶部和底部的电极安排了一个电容器。那么，电容器划分了底部电极电压和极化，超越了磁滞回线。数据以 “1” 或 “0” 的形式存储。   1.       当加置磁场时就会产生极化。（锆 / 钛离子在晶体中向上或向下移动） 2.       即使在不加置磁场的情况下，也能保持电极。 3.       两个稳定的状态以 “0” 或 “1” 的形式存储。 一般说来，这种铁电材料的 数据存储性能取决于 PZT  中心原子的极化。 由于在晶体中浮动的中心原子实际上能够在 1 毫微秒内达到稳定状态，因此这种极化活动能够以极低的功耗非常快速地出现。其性质非常像 DRAM ，其中各个单元均采用单晶体管和单电容器。 这意味着 FRAM 内存单元所需面积减少很多 ，且可采用处理器架构进行类似处理。但不同的是，其如 DRAM 中的电荷一样，不可能泄漏分子极化，在没有电场时状态保持不变。这使得  FRAM 为非易失性，即断电时， FRAM 上的数据不会丢失。 单个 FRAM 单元可被视为一个偶极电容器 (dipolecapacitor) ，它由两个电极板和之间的铁电材料薄膜构成。存储 “1” 或 “0” 时（写入 FRAM 时），只需中心原子按电场方向移动极化。这使得 FRAM 速度非常快，易于写入，能够充分满足写入寿命的要求。类似于 FRAM 写入，从 FRAM 读取也需要对铁电材料电容器施加一个电场。根据中心原子所处状态，重新极化，从而引起出一个大的电荷击穿。这个电荷随即与已知参数进行对比，从而判断中心原子的状态。存储的数据位 “1” 或 “0” 从感应电荷推断得出。在读取数据的过程中，按电场方向移动的中心原子会失去当前的状态。因此每次读取后，都需要进行写回操作，恢复存储单元的状态。读写过程如下图（ 1 ）所示。 图（ 1 ）： FRAM 读 / 写过程   常见的存储器主要有 EEPROM ， SRAM 等， 与传统存储器相比，具有明显的优势如图（2）所示。   图（ 2 ）：对比            那么 FRAM 写入速度究竟有多快？这取决于应用程序。了解 FRAM 访问速度的关键是了解系统级限制。 通常，起限制作用的不是 FRAM 访问速度本身，而是通过有线或无线外围通讯设施写入 FRAM 时的数据处理开销或协议开销。变换影响访问速度的三种常见因素：  DMA 的使用，   系统速度，数据块大小。但是对比于传统的存储器，其写入的快速性已经有了质的飞跃。另外， 即使在 85 摄氏度下未启用状态下， FRAM 的写入寿命至少 10 年。       注： 由于博客的字数所限，此只是原文的一部分，详情见附件。