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採用OTP韌體提高處理器靈活性

上網時間: 2006年08月07日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:OTP  firmware  upgrade  flash  ROM 

為適應新演算法及簡化衍生產品開發的需要,必須對處理器程式韌體進行升級。但是,如果將這種程式韌體儲存在ROM或快閃記憶體中,對某些嵌入式應用將帶來一些問題。對光罩可編程ROM來說,在晶片製造時會將處理器韌體‘鎖死’。在典型的系統單晶片設計流程中,韌體是計劃的關鍵一環。光罩ROM內容的每次改變都需要進行一次非經常性工程(NRE)支出,而且還要花費長達數月的時間。另外,基於ROM的儲存還增加了庫存管理成本。

對許多消費性應用來說,快閃記憶體的成本更令人望而卻步。與將韌體儲存在晶片內相較,讀取儲存在外部快閃記憶體內的韌體所需功耗較大。從外部快閃記憶體下載韌體,易遭受沒有授權的第三方惡意攔截盜取。而對於晶片上快閃記憶體,透過反向工程,仍能讀取快閃記憶體的內容。

相對來說,在處理晶片內嵌入一次性可程式(OTP)非揮發性記憶體是一個更好的方案。除了能適應數據標準的變化,降低衍生產品成本並縮短衍生產品上市時間外,OTP記憶體可透過軟體的修改來應對工程變化的需要。因而使產品生命週期得以延長,並且透過在系統研發過程中的韌體配置,強化了硬體和軟體的協同開發。


圖:韌體升級:將韌體升級程式放置在未編程的扇區中。

建議的方法

•在可以重新配置記憶體的地方考慮採用OTP記憶體,即使韌體有可能改變。

•應該預留若干‘修補程式’空間。在儲存現有程式碼的扇區之外,在OTP記憶體內預留一個或多個扇區。當需要對某一程式碼模組進行升級時,就可以將升級的模組編程到預留的儲存扇區,然後利用控制邏輯指向這些升級模組。

•應充分估計未來程式韌體升級所需的預留記憶體空間。預留空間的大小取決於韌體的記憶體大小、系統預期使用壽命和韌體升級頻率。做此估計時應保守一些,因為OTP記憶體儲存密度較大(特別是相對於快閃記憶體),故寧可多預留一些空間,即使用不上,也不要低估韌體升級可能需要的容量。另外,嵌入式OTP記憶體的體積也比內建SRAM小。

•針對消費性產品等對成本敏感的應用選用嵌入式OTP記憶體,這僅會增加一些或完全不會增加邏輯CMOS系統單晶片的成本。因為即使是增加一點成本,也可能對整個晶片成本產生很大影響。但選用嵌入式快閃記憶體將使得晶片成本增加50%。這是因為製造帶有快閃記憶體的晶片需要額外的光罩和製程步驟。

•應充分估計OTP記憶體的讀取時間,以確保能滿足特定晶片的要求。將開機程式碼儲存在嵌入式OTP記憶體中,而不是外接快閃記憶體。如此將省去把內容從快閃記憶體下載到嵌入式SRAM所需的時間。

不建議的方法

•將韌體儲存在獨立的快閃記憶體晶片,然後再下載到處理器。獨立的快閃記憶體晶片不僅增加了系統成本、還會增加設備體積。另外,這種作法還增加了測試成本及複雜性,同時也增加了電路板及多晶片承載的複雜性。最後,從外部晶片下載程式碼還會增加功耗。

•在特別強調韌體安全性時採用浮動閘非揮發性記憶體。對開發韌體的公司來說,韌體價值很高,同時對公司的競爭力也很重要。駭客可採用電壓對比或其它掃描技術從嵌入式快閃記憶體中竊取韌體程式碼。而外部快閃記憶體程式碼的盜取更容易,因為可以透過截取下載程式碼串流來實現。

•忽視存取儲存在記憶體內的韌體所需功耗。功耗有時很重要,特別在晶片的上電週期上。將韌體儲存在外部快閃記憶體中,然後下載到晶片上SRAM的過程尤其耗電。

•忽視用於儲存韌體的記憶體向新製程節點的擴展能力。如果能夠將晶片升級到更小的製程節點,就能降低成本與晶片尺寸,或能以相同成本在現有設計上添加更多功能。基於物理限制,浮動閘記憶體技術通常落後領先製程節點一到兩代。

•忽視你選擇作為韌體儲存之各種記憶體的可靠性─這是不能出差錯的地方。OTP記憶體具有在編程時的穩定性,另外,它不受溫度、電壓、環境輻射和讀取作業的影響。

作者:Yeng Peng

產品營運副總裁

Kilopass Technology公司




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