基于SPIFI外设的Cortex-M MCU嵌入式闪存选型解（2） 工作原理, 处理器, 控制器, 嵌入式, 外设

yuyang911220

SPIFI工作原理　　图2给出了SPIFI外设的功能框图。SPIFI功能块与微控制器应用的高速总线(AHB)矩阵连接，后者主要用于处理器内核和片上内存。SPIFI将外部SPI闪存内容映射到微控制器内存中。当片上ROM启动代码激活SPIFI接口后，外部SPI内存与核心处理单元上的片上内存功能完全相似。


　　图2：SPIFI外设功能框图。
　　初始化序列
　　SPFI接口的所有驱动程序全部保存在ROM中。对于读取操作，只需一个例程调用指令即可启动SPIFI外设。初始化序列结束后，整个SPI闪存可以象正常内存一样由处理器和/或DMA通道按字节、半字、整字访问。擦除和编程通过简单的API指令访问ROM命令调用即可，因此，使用外部SPI闪存与片上内存几乎没有差别。
　　从SPIFI启动
　　对于需要微控制器从外部串行闪存启动的系统，恩智浦LPC1800微控制器已配置了SPIFI启动功能。启动源的选择有两种方法：第一种是使用微控制器引脚确定启动源的接口;第二种由用户在非易失性内存中编程选择启动接口。使用非易失性内存编程可保留引脚的双重功能。
　　物理接口
　　图3给出了SPIFI外设的物理接口。本示例对于传统SPI闪存采用了标准的4引脚配置，如果是四信道SPI闪存，还需要增加两个引脚以支持四信道功能。


　　图3：SPIFI外设物理接口。
　　不同的串行闪存厂商和产品需要不同的命令和命令格式。SPIFI外设为此提供了足够的支持，可兼容大部分SPI闪存及衍生产品，确保今后产品的兼容性。
　　小寄存器组
　　SPIFI外设小寄存器组既保证了接口的功能又简化了操作，通过8个寄存器控制SPIFI功能，连接外部SPI闪存，保存和检索数据以及监控操作。由于设置、编程、擦除等工作均由集成的ROM API处理，因此外部SPI内存操作只需要几个简单的调用命令。总体来看，SPIFI外设配置简单，应用方便。
　　软件命令
　　当软件读取内存映射的串行闪存内容时，外部闪存可以识别并接受微控制器软件发送的和SPIFI外设自动发送的命令。这些命令可分为操作代码、地址、中间和数据等字段，其中。地址、中间和数据字段为可选字段，这主要取决于操作代码。部分闪存支持“读”命令解释操作代码模式，以提高系统性能。根据操作代码不同，数据字段可进一步分为输入和输出数据字段。所有发送到外部SPI闪存的命令都可以通过调用ROM API指令进行处理。SPIFI ROM API驱动器允许通过简单的加载命令访问外部SPI闪存内容，保证应用操作代码延续其紧凑和易写的特点。
　　独立于CPU的运行
　　SPIFI软件可读取外部闪存数据，并将其写入RAM或外设，无需CPU支持。比如，对于集成LCD控制器的微控制器，此功能可以提高系统性能，节约功耗。外部闪存可以保存图像并通过LCD控制器读取。由于LCD控制器大多数按地址顺序读取数据，SPIFI外设可根据需要预先获取地址，无需等待。整个操作无需CPU参与，也不用将图像加载到片上RAM，而由LCD控制器直接获取。因此，系统对微控制器片上RAM的容量要求不高，或者可将现有RAM释放出来用于完成其他任务。由于LCD控制器直接获取图像，LCD显示屏图像刷新速度更快，简单的开关窗口等操作显得更加平滑流畅。另外，为降低功耗，系统还可以使用低时钟速率运行，不会对显示性能有太大影响。
　　直接执行代码
　　从软件的角度看，微控制器可以直接执行外部SPI闪存中的代码。直接执行代码有利于在线升级或者更新片上闪存的出厂功能。外部闪存可以存放通过验证的升级代码。例如，如果系统功能地址保存在片上闪存的表单中，通过外部闪存的例程地址即可对该表单重新编程。或者，如果包含原始例程起始信息的内存页保存在片上闪存中，通过外部分支长跳转到外部闪存的新例程即可更新内存页。对于上述两例，由于SPIFI外设可以实现外部闪存代码直接执行，因此新代码无需加载到片上RAM。
　　通过外部闪存执行代码的速度远不及片上内存。SPIFI外设设计并非针对需要峰值性能的实时运行功能，但是对于执行非关键代码序列，SPIFI具有很大的吸引力。
　　写/执行并行操作功能
　　SPIFI支持写功能和执行功能同时进行，换句话说，即使处理器正在执行片上闪存代码，也可以快速方便地对外部闪存进行编程和擦除。由于SPIFI外设可以独立运行，不受CPU影响，因此在外部串行闪存编程的同时，系统可以继续执行相关任务。
　　由于系统在执行关键应用代码的同时可以对外部闪存进行写操作，因此该功能可用于在线软件更新。例如，智能电表即使在更新软件时也需要不间断工作。利用SPIFI，公用工程公司可以配置系统，向外部闪存写入任何代码，无需中断智能电表的计量工作，最后再将新代码集成到系统中。同样，对于使用USB端口的系统，新代码可以先保存在便携式USB驱动器中，再传输到外部闪存，无需中断重要操作。
　　本文小结
　　恩智浦LPC1800 ARM Cortex-M3微控制器首次采用的SPI闪存接口技术可以将外部闪存映射到微控制器内存中，实现片上内存功能。此项技术为设计人员带来更多的外置闪存选择机会，同时降低系统成本，缩小封装尺寸。
　　SPIFI外设为设计人员提供了一种新的解决方案，可以利用低成本串行闪存替代昂贵的并行闪存，在缩小尺寸的同时仍能保证系统性能。串行闪存的低成本、小尺寸和简化配置等众多优势从此得以应用，而对系统性能的影响非常小。利用SPIFI，设计人员还可以选择无并行接口的微控制器，以小型低成本设计实现所需性能。
　　恩智浦计划将SPIFI技术推广到其他Cortex-M产品上，包括低端Cortex-M0和即将上市的Cortex-M4数字信号控制器(DSC)。