在嵌入式設計中將FRAM作為快閃記憶體的替代方案

德州儀器

如今，有多種儲存技術均具備改變嵌入式處理領域格局的潛力。然而，迄今為止還沒有哪一種技術脫穎而出成為取代微控制器(MCU)中快閃記憶體技術的強勁競爭者，直到FRAM的出現這種情況才得以改變。鐵電隨機存取記憶體(FRAM)是一種非揮發性的獨立型儲存技術，本文將論述FRAM的主要技術屬性，同時探討可充分展現FRAM優勢的具體用例。

FRAM是什麼

FRAM為非揮發性記憶體，其功耗、可寫入次數、讀/寫速度均與常用的靜態RAM(SRAM)很相似。儲存在FRAM單元中的資訊對應於鐵電晶體的極化狀態，即使在電源移除之後亦能保存其內容。正是這一特點使FRAM擁有了真正的非揮發性。而且，與快閃記憶體單元的編程相較，晶體極化所需的電能消耗相對較低，因此FRAM寫入作業的功耗天生就比快閃記憶體低。

下面介紹的是目前幾種採用了快閃記憶體技術的微控制器的典型應用。我們從中可以了解到，採用基於FRAM的MCU(而不是基於快閃記憶體的MCU)是如何實現成本、能耗與效率最佳化的。

數據錄入

典型的數據錄入應用(比如：溫度數據錄入器)能以介於1Hz至1000Hz之間的速率進行採樣。我們知道快閃記憶體中單個位元組的寫入時間約為75μs。相較之下，FRAM技術的寫入速率則可達到大約每125ns一個位元組。這種寫入速度比快閃記憶體快了將近1,000倍！我們考慮一下：當應用達到某個快閃記憶體段的末端並需要行動至下一個快閃記憶體段時，會突然出現20ms的延遲，以等待完成一個段擦除。

這種擦除延遲並不適用於FRAM，因為它不需要在寫入作業之間對FRAM位元組進行預擦除。每個快閃記憶體段20ms的延遲似乎沒那麼令人望而卻步，但當我們運算出其對最大寫入速度的顯著影響之後就不這麼看了。為了方便本文的討論，假定寫入的記憶體區塊的長度為512位元組。一個快閃記憶體區塊每秒鐘可進行26次寫作業(包括每寫入512位元組時完成一個擦除週期所需的時間)。這為我們提供了13kBps的總速度。

與之相較，一個512位元組FRAM區塊的寫入速度則可超過8MBps。並不是每一種應用都要求如此高的寫入速度，假設您的目標應用只需要每秒1kB的寫入速度，那麼採用快閃記憶體技術的MCU將在7%時間裡處於執行狀態以執行寫入作業。然而，FRAM MCU則僅需0.07%的執行時間即可完成該項任務，這使得MCU能在99.9%的時間裡保持待機狀態，因而顯著地節省能耗。

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