首款对非易失性数据存储的单芯片存储技术——FRAM

　　从事嵌入式系统的设计工程师通常会根据需要保存的内容来选择存储器类型。一个简单的区分办法就是在非易失性存储器中保存可执行代码，而在易失性存储器中保存数据（需要存档的数据除外）。近年，随着消费类电子的兴起，包含图像和音乐信息的数据也开始使用硬盘和闪存这些非易失性存储器来保存。但是一个系统中多种存储器共存的局面依然没有改变。

　　从技术角度讲，当前主要有以下几类技术：一类是以ROM为基础的存储器技术，包括掩膜ROM、OTP-EPROM、NOR闪存，均属于非易失性存储器，针对代码存储应用；NAND闪存和EEPROM 是ROM的派生存储技术，主要优点是低成本，但操作较复杂，可作为非易失性数据存储器；还有一类是 RAM存储技术，它对于代码存储和数据存储都非常出色，但仅能提供暂时的存储能力，用作代码执行空间和暂时数据存储空间。

　　产品的微型化趋势要求使用很少的器件来获得最大的功能。即便有足够的线路板空间，设计工程师也不愿在系统中使用多达三种以上的存储器。最理想的是使用单一存储器技术用于数据和代码的存储。 本文分析不同内容存储中需要考虑的因素并提出了单芯片存储器技术解决方案。

　　代码存储要求

　　在许多较早期的系统中，代码存储使用ROM或者OTP-EPROM，它们是非易失性的且不能在系统中进行修改。因此，设计上的主要问题是存储器的大小、存取时间，以及工作电压等基本参数。 随着嵌入实系统的发展要求对存储器进行应用中编程，闪存由于具备可写入特性被作为较合适的代码存储器。

　　下面列出了代码存储器件应具备的属性：非易失性；适当的容量；读取时间；阻止意外写入的能力；器件内局部现场可编程性；可编程和并行读取。

　　数据存储要求

　　与代码存储要求相反，数据往往需要频繁更迭，根据数据类型的不同，存储器可以是非易失性的也可以是易失性的，但要求更加易于进行写操作，有时甚至要多于读操作。 比如汽车的行驶记录仪中应用中，发生碰撞时有关的数据必须立即存入缓冲器中，写入操作必须频繁及迅速地完成，只有在汽车发生碰撞后会读取一次。这就要求存储器的写操作过程不应有复杂的协议和花费过长时间，此外，还应该能够适应大量的写操作，以满足几乎无限的数据采集。

　　前面提到嵌入式系统的在应用编程使用了闪存，但闪存是否适合数据存储，由于闪存的写操作过程序需要复杂的算法、擦除操作的延迟以及相对较长的写周期，显然难以满足数据存储的全部需求。EEPROM类似，同样需要复杂的写操作过程，而且这两种技术所允许的写操作次数都很有限。

　　下面列出了数据存储器件所应具备的属性：快速写入；允许多次写入；简单的写入协议 （最好没有）；字节可寻址写操作；能够满足易失性和非易失性的需求。

　　单芯片存储技术

　　根据以上分析，可以看出将代码和数据应用在单个器件中，意味着单一存储器要能够提供几乎相互独立的服务。代码存储要求非易失性存储器，并且偶尔需要进行写操作。但升级的过程中需要有足够的保护功能以避免意外的写操作而造成灾难。数据存储不仅要求非易失性，且其写操作不会受限。它要求较多的写入次数，而且写入速度是一个重要的因素。FRAM技术可以作为这样一个单芯片存储技术理想选择。

　　FRAM是首款针对非易失性数据存储而优化的存储器。它属非易失性，写操作可以与读操作相同的速度进行，并且具有几乎无限的写入次数。对其进行写操作时不需要算法或协议，且可按字节寻址。它的写入性能方面优于闪存和EEPROM，在非易失性方面则优于电池供电的SRAM。FRAM作为代码存储器时着重考虑了如何避免意外写入。Ramtron公司开发的FM20L08 128Kx8 FRAM存储器，具备尖端的块写入保护功能，允许用户将8个存储区域指定为只读， 当没有写保护时，写入FRAM与写入SRAM类似。指定写保护后，被保护区域内容将只允许读取，从而保证了系统运行安全。简言之，FRAM提供了一个全能的单芯片存储解决方案。