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使用高速SRAM设计电池支持型存储器

发布时间:2019-07-13 08:38:35   编辑:移动互联网   阅读次数:

  高性能嵌入式系统的硬件和软件取决于其能力。合理的编写的软件可以充分利用硬件的全部功能优势发挥后者的最大性能。同样,无论怎样合理的软件设计,硬件效率低下会影响系统性能。

  本文引用地址:几十年来,传统的嵌入式系统的结构并没有改变。图1示出一个典型的嵌入式系统的框图。微控制器和系统的核心微处理器。根据具体的应用,系统设计人员可以切割并且根据需要的外设接口。如果缺乏内置的内存控制器,你需要使用闪存,SRAM,DRAM等外部存储器。一般地,闪速存储器,用于存储由所述控制器执行的代码,而SRAM,用于存储操作变量和临时保存重要的应用数据块。

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  功率预算和性能一直是系统组件的选择 - 控制器或外围设备 - 这两个标准。如果性能是最重要的标准,设计师往往会选择最快的部件,从而弥补了更高的功率预算。类似地,如果功率消耗是最重要的标准(例如,对于电池供电的系统)中,设计者倾向于选择最低的功率组件。因此,嵌入式系统一般分为三类:

  1。系统总是“接通”:可以得到这样的系统,其从不间断电源功率。这些系统是高性能系统,可以运行最高频率。

  2。电池供电系统:板载电池为这样的系统的唯一动力源(如移动电话)。虽然性能是这样一个系统的一个重要标准,但更长的电池寿命是最重要的。因此,这些系统使用的组件的功耗最低。

  3。电池支持系统:这种系统必须能够可靠地操作,即使是在电源板的丢失的情况下。为了避免在电力故障期间丢失重要数据,系统设计者将提供一个小的电池(通常是钮扣电池为240mAh),以提供用于SRAM保持等功能备用电源,并维持实时时钟(RTC)。

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  在正常操作中,电池后备供电系统中可用。存储器映射,它可以提取从闪存的代码,并存储在SRAM中的结果。即使在电源关闭时,存储的数据就变得非常重要。为了解决这个问题,SRAM被连接至车载电池备份。在正常操作时,系统负责车载电源; 停电时,一个SRAM芯片将被切换到所述车载电池电源,和在待机模式中的SRAM。有关技术实现电池供电的系统的详细信息,“电池供电的SRAM设计”。

  图2示出了系统的电池供电的SRAM典型功耗。在正常运行期间,使用板载电源芯片。在断电时,SRAM芯片被切换到车载电池,并且被禁用。只要电池充电,该系统已经在这种模式下。一旦电源恢复板,芯片是逐渐使用板载电源SRAM。通常,这样的芯片需要1ms的-10ms的来完成此转变。在此期间,系统将不会受到影响,因为该控制器也需要相同的时间量来完成它的上电复位过程。

  当这样的系统被部署到了现场,他们会很容易修复。事实上,这些系统两到三年内无需维护。因此,电池的寿命就显得很重要。系统设计人员倾向于使用SRAM的消耗电流最低,在待机模式下。如果你看一下SRAM可在市场上(见表1),你会发现,设计师没有太多的选择,在SRAM的选择。更长的电池寿命的需求,使其几乎不可能选择一个高速SRAM。配备高速16Mb的SRAM只能提供12种小时的电池寿命的纽扣电池240mAH,而低功耗SRAM能够提供长达三年的电池寿命。

  表1:SRAM16MbSRAM组合

  所有系统的性能符合Amdahl定律。总之,Amdahl定律:一个系统的速度是其最慢的组件的速度。在过去的几十年中,微控制器厂商推出能够在操作的控制器速度比150MHz的高。许多这些低功率控制器的是建立和/或深睡眠模式中,当系统需要时由电池,从而可以实现更快的操作速度和低功耗供电。

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  然而,如果组件不匹配的圆周速度,快速的控制器将不能提高性能。外部存储器接口是一个重要的高速链,和一个低性能的闪存或SRAM可以是一个瓶颈。快闪存储器的初始访问时间是60-80ns。但网页,突发,eXecuteInPlace(XIP),和其他模式下,闪存芯片读取快三倍,从而使控制器可以是2?3个时钟周期(ⅰ。e。,在150MHz的20-30ns控制器),以从闪存读出的数据。然而,低功耗SRAM意味着控制器仍然需要45-70ns时间访问SRAM(4个10个时钟周期)。

  为了理解这个选择的性能的效果,我们可以想象存储在帐户的剩余时间,其执行1毫秒内的代码循环的系统中,其中的70%的微控制代码执行时间,结果(关键变量) SRAM 30%。使用更快的处理器应该能够确保显著减少执行时间。由于其提高的操作方式,快闪存储器可以由三分之二(700至230us)相匹配的速度,以及将码执行时间。然而,选择低功耗的SRAM,SRAM存取速度意味着没有升级。理想情况下,该系统的执行时间应该由300%被缩短(从1毫秒到330us),但由于低功耗SRAM,仅执行时间由200%(从1毫秒到550us)缩短。

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