嵌入式開發--賽普拉斯cypress的鐵電存儲器FM25CL64B

嵌入式開發–賽普拉斯cypress的鐵電存儲器FM25CL64B

簡介

FM25CL64B是賽普拉斯cypress出品的一款鐵電存儲器，這種存儲器最大的優勢是可以像RAM一樣隨機存儲，和按字節寫入，也可以像ROM一樣掉電仍然可以保存數據，是一種相當優秀的新型存儲器，但是容量不能做得很大，只適合保存一些重要數據。

重要參數及解讀如下：

64K位，即8K字節
100T的讀寫次數，這意味著即使對于同一單元，每毫秒讀取或寫入一次，也需要3170年才能消耗完這個次數，而我們對存儲器的訪問幾乎不可能達到這樣的頻率，也不可能只訪問一個數據單元，所以它的讀寫次數壽命雖然有限，但可以不在考慮之列。
151年的數據保存周期，除了極其特殊用途，基本上是足夠的了，畢竟我們之前用的光盤和現在FLASH，數據保存周期也才10年而已。
SPI接口，頻率支持到20M，可直接硬件替換SPI口的EEPROM，SPI支持MODO_0 (CPOL = 0, CPHA = 0)即時鐘空閑時為低，第1個跳變沿采樣數據；和MODO_3(CPOL = 1, CPHA = 1)即時鐘空閑時為高，第2個跳變沿采樣數據。看手冊是自動識別，但我沒有測試。
受保護以避免寫入的區域為：1/4或1/2或全片保護可選
8腳的SOP或DFN封裝
-40~85度溫度

芯片框圖

封裝
在這里插入圖片描述

內部工作框圖：
在這里插入圖片描述

硬件電路圖

在這里插入圖片描述
我接的是MCU的SP1口，如下：

CubeMX初始化設置

PA15設置為GPIO輸出，速度設為High，由軟件控制這個片選引腳。
在這里插入圖片描述
Motorola格式，16位數據，MSB，CPOL和CPHA參照之前的說明，CRC校驗關閉，軟件片選。
軟件片選的原因是ST的SPI接口中，NSS不是通常意義上的片選，一旦開啟SPI，這個引腳就只能為低，不能為高。而且，如果SPI總線上還有其他設備，也只能用軟件片選。
需要注意的是Baud Rate這里，不能超過20M

芯片操作

控制碼

控制碼共有6個，如下圖
在這里插入圖片描述
分別對應的是
WREN 寫使能
WRDI 寫禁止
RDSR 讀狀態寄存器
WRSR 寫狀態寄存器
READ 讀操作
WRITE 寫操作

其他操作無意義或者說不開放，后面會講到。

寫使能

這是8位命令。
在寫入數據之前需要先進行寫使能操作，否則無法寫入
同時，在SO數據線上，無數據響應，也就是說寫使能是單向操作，芯片沒有回應。
具體時序如下：
在這里插入圖片描述

寫禁止WRDI

這是8位命令。
執行本命令后，對芯片的寫操作無效。
同樣的，在執行本命令時，SO無回應。
在這里插入圖片描述

8位操作碼

對于前面2個8位操作碼，由于我們在CubeMX中，將SPI設置為16位數據，那么無法完成對8位操作碼，即1字節的操作。
例如：當發送WRDI（0x04）時，解決方案有3個：
1 發送重復的操作指令，發送0x0404來實現，即2次同樣的操作。
2 發送0x0004，或0x0400，由于0x00不是操作碼，芯片不會對其響應。
3 發送8位操作碼時，修改SPI的寄存器，以實現8位操作。發送完成后再改為16位模式。
我用的是方案1，實測工作正常，就不再折騰寄存器了。

讀狀態寄存器

16位操作命令
前8位是操作碼RDSR（0x05），后8位SI可以沒有任何數據，有也不影響。
同時，在后8位時，SO會有數據輸出，結束后在SPI的DR寄存器可以看到結果，也就是狀態寄存器SR的數據。
如果此時SO上沒有觀察到波形，說明配置有錯誤。
在這里插入圖片描述

寫狀態寄存器

16位操作命令，前8位是操作碼0x01，后8位是需要寫入狀態寄存器的值。
SO線沒有波形輸出。
在這里插入圖片描述

寫保護

需要注意的是，向SR寫入數據時，讀取的不一定和寫入相同。這與寫保護的相關設置有關聯，而且只有BIT1，2，3，7位是有效位，其他的位讀出來永遠是0。
具體請查看寫保護的相關部分，我是向狀態寄存器寫0，然后讀到的值應該是0x02，也就是說開啟寫操作，而且狀態寄存器和存儲空間均不保護，處于可寫的狀態。
寫入完成后，將WEL位設置為0即可，如下圖是相關的位，與保護區域的表格。
在這里插入圖片描述

讀數據和寫數據

這兩個操作類似，就放到一塊說了。
這是32位操作碼，
開始的8位，是操作碼
接下來的8位，是地址碼的高8位，由于本芯片是64K位，即8K字節，也就是說，地址碼的有效位是3+8=11位，所以本區段只有3個數據位是有效位。當然對于不同容量的芯片來說，有效位數是不一樣的。
第3個8位，是地址碼的低8位
最后8位，是數據位，寫數據時，在SI線上有波形，讀數據時，在SO上有波形。
在這里插入圖片描述

HOLD引腳

HOLD引腳是用來暫停當前操作的，必須在時鐘信號為低期間，HOLD引腳才能為低，
此時時鐘，SI這兩根線可以任意變化
需要退出HOLD狀態前，時鐘必須為低，SO可任意。
當HOLD拉高后，繼續之前的操作。
個人感覺這個功能不太實用，只有當軟件模擬SPI時才用得上。硬件SPI時，有折騰時序的時間，SPI的活都干完了
不用這個功能的話，本引腳接高即可。

WP引腳

硬件寫保護，提供對狀態寄存器的保護。
該引腳為高時，禁止對狀態寄存器寫入。可防止誤操作。
不用這個功能的話，本引腳接高即可。

寫入次數分析

以下是對同一個數據單元進行重復讀寫的壽命評估。
第1列是SPI時鐘頻率
第2列是每秒可以訪問的次數
第3列是每年的訪問次數
第4列是可以不間斷寫入多少年
在這里插入圖片描述
可以看出，即使以本芯片所能支持的最高速度20MHz，來不間斷的對同一數據單元進行讀寫訪問，仍然可以維持85年，這個壽命是妥妥的夠了。
更何況我們不可能總是讀寫同一個數據單元，而且不可能以如此高的頻率進行數據訪問。
所以芯片的壽命是可以放心的。

相關代碼

LL_FRAM.h文件的代碼

#ifndef __LL_FRAM_H__
#define __LL_FRAM_H__#include "LL_define.h"
#include "spi.h"//狀態寄存器   X表示無意義，默認值是0
//  BIT7      BIT6      BIT5      BIT4      BIT3      BIT2      BIT1      BIT0
//  WPEN      X(0)      X(0)      X(0)      BP1       BP0       WEL       X(0)
//  WEL:      1為寫使能，0為禁止寫
//  BP0,BP1:  塊保護
//  WPEN:     #define FRAM_WREN   0x06    //寫入使能，即設置WEL位       在寫操作（WRSR和WRITE）之前，必須先發本命令
#define FRAM_WRDI   0x04    //寫入禁止，即清除WEL位       本操作會禁止寫操作（WRSR和WRITE），此后即使發送（WRSR和WRITE）也無效
#define FRAM_RDSR   0x05    //讀狀態寄存器
#define FRAM_WRSR   0x01    //寫狀態寄存器，前序操作為FRAM_WREN
#define FRAM_READ   0x03    //讀
#define FRAM_WRITE  0x02    //寫，前序操作為FRAM_WREN#define SPI1_NSS(n)  (n?HAL_GPIO_WritePin(SPI1_NSS_GPIO_Port, SPI1_NSS_Pin, GPIO_PIN_SET):HAL_GPIO_WritePin(SPI1_NSS_GPIO_Port, SPI1_NSS_Pin, GPIO_PIN_RESET))extern u8 spi_read_data;  //spi讀取的數值u8 LL_fram_read_sr(void);
u8 LL_fram_write_sr(u8 value);
u8 LL_fram_read(u16 addr, u8 ret_data);
u8 LL_fram_write(u16 addr, u8 value);#endif

LL_FRAM.c文件的代碼

#include "LL_FRAM.h"u8 spi_read_data=0;
u8 spi_tx_data[10] = {0x06};u8 LL_fram_read_sr(void)  //讀狀態寄存器，其返回值是狀態寄存器的內容
{u8 data[4];u8 ret;//寫使能data[0] = FRAM_WREN;data[1] = FRAM_WREN;SPI1_NSS(0);HAL_SPI_Transmit(&hspi1, data, 1, 100);SPI1_NSS(1);//讀狀態寄存器,必須先有寫使能操作FRAM_WREN  0x05data[0] = 0;data[1] = FRAM_RDSR;SPI1_NSS(0);HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, data, &ret, 1, 10);SPI1_NSS(1);return ret;
}u8 LL_fram_write_sr(u8 value)   //寫狀態寄存器，其函數的參數是向狀態寄存器寫入的內容
{u8 data[4];u8 ret;//寫使能data[0] = FRAM_WREN;data[1] = FRAM_WREN;SPI1_NSS(0);HAL_SPI_Transmit(&hspi1, data, 1, 100);SPI1_NSS(1);//寫狀態寄存器    0x01data[0] = value;data[1] = FRAM_WRSR;SPI1_NSS(0);HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, data, &spi_read_data, 1, 10);SPI1_NSS(1);return 0;
}//讀操作
//addr：讀取地址
//ret_data: 讀取的數據保存在此處
u8 LL_fram_read(u16 addr, u8 ret_data)
{u8 data[4];u8 ret;u8 state;//讀存儲器    0x02data[0] = addr>>8;data[1] = FRAM_READ;data[2] = 0x00;data[3] = (u8)(addr&0x00ff);SPI1_NSS(0);state = HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, data, &spi_read_data, 2, 20);   //(&hspi1, data, &ret, 2, 10);SPI1_NSS(1);if(state == 0){spi_read_data = (u8)hspi1.Instance->DR;ret = 0;}else{ret = state;}return ret;
}//寫操作
//addr：寫入地址
//ret_data: 寫入的數據
u8 LL_fram_write(u16 addr, u8 value)
{u8 data[4];u8 ret;//寫使能data[0] = FRAM_WREN;data[1] = FRAM_WREN;SPI1_NSS(0);HAL_SPI_Transmit(&hspi1, data, 1, 100);SPI1_NSS(1);//寫存儲器    0x02data[0] = addr>>8;data[1] = FRAM_WRITE;data[2] = value;data[3] = addr&0xff;SPI1_NSS(0);HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, data, &ret, 2, 10);SPI1_NSS(1);return ret;}

測試讀寫

  while(1){LL_fram_write_sr(0x000);    //取消保護，以準備寫入if(LL_fram_read_sr() == 0x02)         //讀取狀態寄存器，應該是0x02{for(i=0; i<8*1024; i++){LL_fram_write(i,(u8)i);j++;temp = LL_fram_read(i, spi_read_data);if(temp == 0){if(spi_read_data != (u8)i){//讀出的數據與寫入的數據不相等LED_ERR(1);goto begin;}}else{//LL_fram_read()函數返回值不是0，表示運行出錯，DR寄存器內的數據不能保證正確性LED_RUN(1);goto begin;j++;}}}}begin:

這一段函數不停的執行寫入和讀取操作，并進行比對。
如果SPI操作異常，則亮起LED_RUN燈，并跳轉到begin處，
如果讀取的結果，和寫入的數據比對錯誤，則亮起LED_ERR燈，并跳轉到begin處。
經長時間運行（截止發文，已6小時以上），發現正常運行時工作正常，未出現錯誤跳轉。
帶上仿真器全速運行時，會不時跳轉到LED_RUN(1)處，也就是說SPI函數的運行不正確，顯然是由于連接了仿真器造成的。但是不會跳轉到LED_ERR(1)處，也就是說不會出現讀取的數據不正確的情況。