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非揮發性SRAM

非揮發性SRAM(Non-volatile SRAM,nvSRAM)是一種非揮發性隨機儲存記憶體,它的操作方法和普通的靜態隨機存取記憶體(Static Random-Access Memory,SRAM)大同小異,但卻不需要供電來維持記憶體內部的值。雖然非揮發性SRAM在結構上跟一般的SRAM是相同的,但是一般的SRAM只能做讀和寫,而非揮發性SRAM則可以做出讀(read)、寫(write)、儲存(store)、召回(restore)等動作。

而要做出非揮發性SRAM的方法有很多種,其中一種方法是整個區塊或整個模組要斷電之前,把非揮發性SRAM內部的值藉由store來把值轉移到非揮發性記憶體上,等到區塊或模組上點後,在藉由restore來把之前存入的值取出來,此方法為使用硬體來做儲存的方法。還有許多其他種類的方法,如自動儲存(AutoStore)和軟體儲存(Software Store)皆是儲存的方法。

而非揮發性SRAM的應用層面很廣,因為不僅僅解決的SRAM無法永久保存值的缺點,並且透過使用非揮發性SRAM也可以達到低功耗的目的,同時也可以保有基本SRAM的高速運作。


基本原理 编辑

目前非揮發性儲存實現方式主要有三種:Micro Power SRAM+後備電池+控制器、電池後備供電SRAM(BBSRAM, Battery Backup SRAM)、NVSRAM。在NVSRAM尚未問世前,前兩種記憶體是市場上的主流,因為其出現較早,是較傳統的應用,但其缺點也一直存在。以下將分別探討這三種方式的優缺點。

1. Micro Power SRAM+後備電池+控制器

Micro Power SRAM+後備電池+控制器的結構是由控制器判斷外部電源是否正常,假如出現異常,會切換到電池供電,以保存Micro power SRAM的數據。這種結構需要三個零組件,即Micro power SRAM、控制器和電池,其電路設計非常麻煩,且佔用很大的PCB空間,而電池所帶來的問題也很多。

2. BBSRAM

BBSRAM的結構整合了SRAM與控制器。與第一種結構相比,BBSRAM較為簡單,但其封裝體積非常大,也需要電池,這將為客戶帶來許多不便。首先,由於環保問題日益重要,內含電池的BBSRAM不符合RoHS標準;其次,電池也使加工生產更加複雜;而保存期限也是一個問題,一般BBSRAM號稱可以保存10年,但實際上一般僅有5年,甚至部份產品僅能保存1~2年。此外,還有一個最重要的問題,即電池泄漏。這個問題影響的不僅是BBSRAM本身,還會危及周圍電路!除了體積和電池的問題,還需考量性能,BBSRAM最快只能達到70ns,這對速度要求比較高的產品來說也會形成侷限。因此,業界極需一種新型的替代產品。

3. NVSRAM

NVSRAM相當於將一顆SRAM和EEPROM整合,外加一些控制部份。其大小和其他普通晶片一樣,大幅節省了PCB空間,其內部結構和工作方式將於後文詳細闡述。很明顯,前述帶電池的兩種方式的不便在NVSRAM裡完全不會看到,它符合RoHS標準,加工製程簡單,可保存長達100年。值得一提的是,NVSRAM速度最快可達15ns,大幅提高了產品性能。

NVSRAM採用SRAM+EEPROM方式,實現了無須後備電池的非揮發性儲存,晶片介面、時序等與標準SRAM完全相容。

NVSRAM的外部介面與SRAM相同,讀寫控制都是由晶片使能(CE)、讀取使能(OE)、寫入使能(WE)來控制,時序標準也與SRAM完全相同。NVSRAM與SRAM的最大不同之處在於NVSRAM需外接一個電容器(Vcap),當外部電源關斷時可透過電容器放電提供電源,將SRAM中的數據拷貝到EEPROM(圖5)。

NVSRAM通常在SRAM中進行作業,只有當外界突然斷電或認為需要儲存的時候才會把數據儲存到EEPROM中去,當檢測到系統上電後,會把EEPROM中的數據拷貝到SRAM中,使系統正常執行。

NVSRAM工作方式

NVSRAM有三種儲存方式:自動儲存、硬體儲存和軟體儲存;有兩種‘召回’(RECALL)作業方式:自動RECALL和軟體RECALL。

儲存是指數據從SRAM到EEPROM的過程,其過程包括兩個步驟:擦除之前EEPROM的內容;把目前SRAM的數據存到EEPROM中。然而,RECALL是指EEPROM到SRAM的過程。它也包括兩個步驟:清除之前SRAM的內容;把EEPROM的數據拷貝到SRAM中。

自動儲存 當檢測到外界電壓低於最小值時,會自動保存SRAM的數據到EEPROM中,其間所需電壓由外部電容器提供.

硬體儲存 NVSRAM有一個/HSB接腳,可以將/HSB接腳連接至CPU,由CPU來控制,當拉到低電平時進行儲存作業,會保存SRAM的數據到EEPROM中。

軟體儲存 軟體儲存是由一個預定義的六個連續SRAM讀取作業進行控制,以便將數據從SRAM保存至EEPROM中。

自動RECALL 當檢測到外界重新上電時,數據會自動從EEPROM拷貝到SRAM中。

軟體RECALL 軟體RECALL是由一個預定義的六個連續SRAM讀取作業進行控制,可將數據從EEPROM拷貝到SRAM中。

應用

NVSRAM適用於斷電時保存不能丟失的重要數據,主要應用領域包含: 1. 網路通訊設備

 NVSRAM適用於儲存初始化資訊、硬體版本資訊、警報資訊等,能在斷電時儲存現場資訊及異常資訊等,當重新上電後,像如路由器、高階交換機、防火牆等設備的重要數據不會丟失。 

2. 列印設備類

 包含印表機、傳真機、掃描器等。特別是銀行印表機,可儲存賬號和交易資訊,當突然停電時,NVSRAM可以對已經完成但還未列印到存摺或清單上的數據進行儲存,等系統重新上電時印表機不會丟失此交易資訊,可以直接列印。 3. 工業控制應用 包括工控板、鐵路/地鐵訊號控制系統、高壓電繼電器等。在這類產品中,作業過程和數據運算結果等資訊尤為重要,當斷電時,NVSRAM會儲存中間作業和運算結果,重新上電時這些結果會重新拷貝到SRAM中,不會丟失任何中間運算結果。 

4. 汽車電子

 可應用在行駛記錄儀等裝置中,儲存汽車即時數據,即存放汽車發生事故前後的數據,可分析事故發生的原因和事故的責任。發生事故時,汽車系統很可能會沒有電源,若要把速度、剎車、轉向燈、車門、發動機溫度等一些重要的資訊記錄下來,就需要使用到NVSRAM。 

5. 醫療設備

 如彩色超音波,可用於儲存啟動設置、醫院ID、模式設置等。 

6. 伺服器

 如RAID伺服器。RAID是由多塊硬碟組成,需記錄文件的位置,NVSRAM可即時保存這些資訊,當出現故障時仍會保留這些資訊。 

[1][2]

  1. ^ . (原始内容存档于2019-08-05). 
  2. ^ . [2019-08-11]. (原始内容存档于2020-10-31). 

非揮發性sram, 此条目也许具备关注度, 但需要可靠的来源来加以彰显, 2018年6月1日, 请协助補充可靠来源以改善这篇条目, volatile, sram, nvsram, 是一種非揮發性隨機儲存記憶體, 它的操作方法和普通的靜態隨機存取記憶體, static, random, access, memory, sram, 大同小異, 但卻不需要供電來維持記憶體內部的值, 雖然在結構上跟一般的sram是相同的, 但是一般的sram只能做讀和寫, 而則可以做出讀, read, write, 儲存, store, . 此条目也许具备关注度 但需要可靠的来源来加以彰显 2018年6月1日 请协助補充可靠来源以改善这篇条目 非揮發性SRAM Non volatile SRAM nvSRAM 是一種非揮發性隨機儲存記憶體 它的操作方法和普通的靜態隨機存取記憶體 Static Random Access Memory SRAM 大同小異 但卻不需要供電來維持記憶體內部的值 雖然非揮發性SRAM在結構上跟一般的SRAM是相同的 但是一般的SRAM只能做讀和寫 而非揮發性SRAM則可以做出讀 read 寫 write 儲存 store 召回 restore 等動作 而要做出非揮發性SRAM的方法有很多種 其中一種方法是整個區塊或整個模組要斷電之前 把非揮發性SRAM內部的值藉由store來把值轉移到非揮發性記憶體上 等到區塊或模組上點後 在藉由restore來把之前存入的值取出來 此方法為使用硬體來做儲存的方法 還有許多其他種類的方法 如自動儲存 AutoStore 和軟體儲存 Software Store 皆是儲存的方法 而非揮發性SRAM的應用層面很廣 因為不僅僅解決的SRAM無法永久保存值的缺點 並且透過使用非揮發性SRAM也可以達到低功耗的目的 同時也可以保有基本SRAM的高速運作 基本原理 编辑目前非揮發性儲存實現方式主要有三種 Micro Power SRAM 後備電池 控制器 電池後備供電SRAM BBSRAM Battery Backup SRAM NVSRAM 在NVSRAM尚未問世前 前兩種記憶體是市場上的主流 因為其出現較早 是較傳統的應用 但其缺點也一直存在 以下將分別探討這三種方式的優缺點 1 Micro Power SRAM 後備電池 控制器Micro Power SRAM 後備電池 控制器的結構是由控制器判斷外部電源是否正常 假如出現異常 會切換到電池供電 以保存Micro power SRAM的數據 這種結構需要三個零組件 即Micro power SRAM 控制器和電池 其電路設計非常麻煩 且佔用很大的PCB空間 而電池所帶來的問題也很多 2 BBSRAMBBSRAM的結構整合了SRAM與控制器 與第一種結構相比 BBSRAM較為簡單 但其封裝體積非常大 也需要電池 這將為客戶帶來許多不便 首先 由於環保問題日益重要 內含電池的BBSRAM不符合RoHS標準 其次 電池也使加工生產更加複雜 而保存期限也是一個問題 一般BBSRAM號稱可以保存10年 但實際上一般僅有5年 甚至部份產品僅能保存1 2年 此外 還有一個最重要的問題 即電池泄漏 這個問題影響的不僅是BBSRAM本身 還會危及周圍電路 除了體積和電池的問題 還需考量性能 BBSRAM最快只能達到70ns 這對速度要求比較高的產品來說也會形成侷限 因此 業界極需一種新型的替代產品 3 NVSRAMNVSRAM相當於將一顆SRAM和EEPROM整合 外加一些控制部份 其大小和其他普通晶片一樣 大幅節省了PCB空間 其內部結構和工作方式將於後文詳細闡述 很明顯 前述帶電池的兩種方式的不便在NVSRAM裡完全不會看到 它符合RoHS標準 加工製程簡單 可保存長達100年 值得一提的是 NVSRAM速度最快可達15ns 大幅提高了產品性能 NVSRAM採用SRAM EEPROM方式 實現了無須後備電池的非揮發性儲存 晶片介面 時序等與標準SRAM完全相容 NVSRAM的外部介面與SRAM相同 讀寫控制都是由晶片使能 CE 讀取使能 OE 寫入使能 WE 來控制 時序標準也與SRAM完全相同 NVSRAM與SRAM的最大不同之處在於NVSRAM需外接一個電容器 Vcap 當外部電源關斷時可透過電容器放電提供電源 將SRAM中的數據拷貝到EEPROM 圖5 NVSRAM通常在SRAM中進行作業 只有當外界突然斷電或認為需要儲存的時候才會把數據儲存到EEPROM中去 當檢測到系統上電後 會把EEPROM中的數據拷貝到SRAM中 使系統正常執行 NVSRAM工作方式NVSRAM有三種儲存方式 自動儲存 硬體儲存和軟體儲存 有兩種 召回 RECALL 作業方式 自動RECALL和軟體RECALL 儲存是指數據從SRAM到EEPROM的過程 其過程包括兩個步驟 擦除之前EEPROM的內容 把目前SRAM的數據存到EEPROM中 然而 RECALL是指EEPROM到SRAM的過程 它也包括兩個步驟 清除之前SRAM的內容 把EEPROM的數據拷貝到SRAM中 自動儲存 當檢測到外界電壓低於最小值時 會自動保存SRAM的數據到EEPROM中 其間所需電壓由外部電容器提供 硬體儲存 NVSRAM有一個 HSB接腳 可以將 HSB接腳連接至CPU 由CPU來控制 當拉到低電平時進行儲存作業 會保存SRAM的數據到EEPROM中 軟體儲存 軟體儲存是由一個預定義的六個連續SRAM讀取作業進行控制 以便將數據從SRAM保存至EEPROM中 自動RECALL 當檢測到外界重新上電時 數據會自動從EEPROM拷貝到SRAM中 軟體RECALL 軟體RECALL是由一個預定義的六個連續SRAM讀取作業進行控制 可將數據從EEPROM拷貝到SRAM中 應用NVSRAM適用於斷電時保存不能丟失的重要數據 主要應用領域包含 1 網路通訊設備 NVSRAM適用於儲存初始化資訊 硬體版本資訊 警報資訊等 能在斷電時儲存現場資訊及異常資訊等 當重新上電後 像如路由器 高階交換機 防火牆等設備的重要數據不會丟失 2 列印設備類 包含印表機 傳真機 掃描器等 特別是銀行印表機 可儲存賬號和交易資訊 當突然停電時 NVSRAM可以對已經完成但還未列印到存摺或清單上的數據進行儲存 等系統重新上電時印表機不會丟失此交易資訊 可以直接列印 3 工業控制應用 包括工控板 鐵路 地鐵訊號控制系統 高壓電繼電器等 在這類產品中 作業過程和數據運算結果等資訊尤為重要 當斷電時 NVSRAM會儲存中間作業和運算結果 重新上電時這些結果會重新拷貝到SRAM中 不會丟失任何中間運算結果 4 汽車電子 可應用在行駛記錄儀等裝置中 儲存汽車即時數據 即存放汽車發生事故前後的數據 可分析事故發生的原因和事故的責任 發生事故時 汽車系統很可能會沒有電源 若要把速度 剎車 轉向燈 車門 發動機溫度等一些重要的資訊記錄下來 就需要使用到NVSRAM 5 醫療設備 如彩色超音波 可用於儲存啟動設置 醫院ID 模式設置等 6 伺服器 如RAID伺服器 RAID是由多塊硬碟組成 需記錄文件的位置 NVSRAM可即時保存這些資訊 當出現故障時仍會保留這些資訊 1 2 NVSRAM 不再需要電池的非揮發性儲存方案 原始内容存档于2019 08 05 title 2019 08 11 原始内容存档于2020 10 31 取自 https zh wikipedia org w index php title 非揮發性SRAM amp oldid 72965220, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,

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