Сравнительная характеристика флэш-памяти DataFlash новой серии АТ26 и предшествующей серии АТ45

В семействе флэш-памяти DataFlash, помимо традиционной серии АТ45, появилась новая серия АТ26. В состав ее в настоящее время входят четыре представителя: AT26DF041, AT26F004 емкостью 4 Мбит, AT26DF081A емкостью 8 Мбит и AT26DF161 емкостью 16 Мбит. Новая память оптимизирована под приложения с хранением программного кода и данных, где за счет оптимизации размеров секторов и стираемых блоков позволяет сократить количество пустующей или незадействованной памяти. Уникальная особенность новой серии - возможность одновременного хранения, как программного кода в защищенных секторах, так и данных. Это позволяет исключить дополнительное ЭСППЗУ для хранения данных в приложениях, где системный процессор или микроконтроллер загружает программный код из внешнего ПЗУ через последовательный интерфейс во внутреннее или внешнее ОЗУ, а затем в этом же ОЗУ его исполняет. Такой подход широко используется в высокобыстродействующих микропроцессорных системах, когда тактовая частота процессора превосходит быстродействие доступа флэш-памяти и нет возможности исполнения программного кода напрямую. Те, кто знаком с серией DataFlash АТ45 даже при предварительном изучении документации на новую серию заметят ряд принципиальных отличий, например, отсутствие команд работы с буфером или несколько типоразмеров стираемых блоков. Поэтому, для полноты системности представления о возможностях новой серии и осознанности выбора флэш-памяти, наиболее полно удовлетворяющей требованиям приложения, ниже представлено сравнение двух серий по ключевым положениям: архитектура памяти, механизм защиты данных, команды программирования и др.

Архитектура памяти

Аналогично архитектуре памяти АТ45 в микросхемах серии АТ26 принято разделение на страницы, блоки и секторы. Отличия состоят в следующем.

Размер страницы у всех микросхем АТ26 принят фиксированным - 256 байт. У флэш-памяти АТ45 размер страницы зависит от объема памяти и варьируется от 264 байт до 1056 байт и, кроме того, имеет нестандартные значения (предполагалось выделение дополнительных байт в каждой странице, если пользователю необходимо реализовать функции программного контроля и/или исправления ошибок). Кроме того, если у АТ45 имеется возможность программировать только всю страницу целиком, то у АТ26 можно программировать любое количество байт страницы от 1 до 256.

Организация блоков у микросхем АТ26 выполнена более гибко и унифицировано. У DataFlash АТ45 блок составляют 8 страниц, поэтому, его размер варьируется в зависимости от объема страницы, соответственно, от 2112 байт до 8448 байт. В серии АТ26 память разделяется на три вертикали (у AT26DF041 две вертикали), каждую из которых составляют блоки равных размеров: 64 кбайт, 32 кбайт и 4 кбайт (2 кбайт и 4 кбайт у AT26DF041). Таким образом, пользователь сам определяет сколь мелкие части или крупные части массива флэш-памяти ему необходимо стирать и использует команды стирания блоков, соответствующие указанным размерам. И наконец, у микросхем AT26 реализована возможность программно включить/выключить защиту от программирования или стирания раздельно для каждого сектора.

Механизм защиты флэш-памяти

У DataFlash AT45 поддерживается два способа защиты данных, оба они аппаратные:

1. С помощью входа /WP - защита от записи. Подачей низкого уровня на этот вход блокируется программирование и стирание первых 256 страниц памяти.
2. С помощью входа /RESET - сброс. Установка низкого уровня на этом входе приводит к прекращению каких-либо функций DataFlash. Данный вывод рекомендуется соединить с системным супервизором питания для исключения несанкционированной записи в переходных режимах питания.

Система защита DataFlash AT26 только у AT26DF041 полностью идентична своим предшественникам, а у остальных она выполнена совершенно по иному, более гибко и продуманно.

Во-первых, в регистре статуса имеется бит WEL - разрешение записи. Он устанавливается с помощью команды разрешения записи и сбрасывается командной запрета записи. Бит WEL необходимо установить перед выполнением команд программирования, стирания, установки/снятия защиты секторов или записи регистра статуса. Таким образом, процесс ввода этих команд является двухступенчатым и снижается вероятность их ошибочного или непреднамеренного выполнения. Если бит WEL не будет установлен, то после ввода указанных команд их исполнение не последует.

Во-вторых, у каждого сектора флэш-памяти имеется собственный один бит защиты сектора. После подачи питания или сброса состояние данных бит равно "1", что означает невозможность стирания и программирования каждого сектора. Для управления состоянием данных бит предусмотрены две команды: установка защиты сектора и снятие защиты сектора. Для исключения возможности несанкционированного или ошибочного снятия защиты предусмотрен механизм блокировки доступа к регистру защиты секторов, который инициируется программно с помощью бита SPRL в регистре статуса или аппаратно-программно с помощью бита SPRL и входа защиты от записи /WP.

У AT26 вход /WP не воздействует непосредственно на доступ к памяти, а действует совместно с битом SPRL регистра статуса, который управляет аппаратным механизмом блокировки. Для активизации аппаратной блокировки должны быть выполнены два условия: установлен вход /WP в активное состояние и бит SPRL должен быть равен "1". После активизации аппаратной защиты блокируется доступ к регистрам защиты секторов и к биту SPRL.

Для снятия аппаратной защиты необходимо перевести в неактивное состояние вход /WP, а затем записать "0" в бит SPRL.

Если /WP соединен непосредственно с GND, то после записи "1" в SPRL существует один способ сброса SPRL - переподача питания или сброс. Такой вариант защиты удобен, если системе необходимо стартовать при включенной программной защите, а позже при необходимости установкой бита SPRL активизировать аппаратную защиту.

Если /WP соединен непосредственно с VCC, то бит SPRL можно использовать для блокировки регистров защиты секторов записью лог. 1. Такой вариант программной защиты предотвращает обработку ошибочных команд снятия или установки защиты сектора.

Рассмотренный механизм действия блокировки регистров защиты секторов можно подытожить в виде таблицы (см. табл.1).

Таблица 1. Блокировка регистров защиты секторов

Электрическое подключение

В таблице 2 представлено сравнение сигналов подключения к микросхемам АТ26 и АТ45. Из нее следует, что, если исключить из рассмотрения специфические версии АТ45 с двумя интерфейсами доступа, то электрическое подключение АТ26 и АТ45 к микроконтроллеру одинаково: требуется выборка микросхемы на входе /CS и подключение трех сигналов последовательной связи. Также следует отметить, что у АТ26 отсутствует вход сброса, т.к. в микросхемах этой серии имеется встроенная схема сброса при подаче питания, а микросхемы АТ45 требуют подключения к внешнему системному супервизору питания. Вход /WP присутствует у всех серий DataFlash, но его действие принципиально разное (кроме AT26DF041), что было рассмотрено выше. Последовательный интерфейс АТ26 совместим с SPI и поддерживает только режимы 0 и 3 (у АТ45 поддерживаются дополнительные режимы с неактивным высоким или низким уровнем синхронизации) .

Таблица 2. Сравнение интерфейсных сигналов АТ26 и АТ45

Прим.: * означает доступность не у всех представителей соответствующей серии DataFlash.

Команды программирования

За счет указанных выше различий в архитектуре массива флэш-памяти и механизмов защиты набор команд программирования АТ26 претерпел ряд изменений, в т.ч.

• исключены команды работы с буферами (чтение/запись буферов, программирование страницы памяти из буфера 1/2 с или без автоматическим стиранием страницы).
• добавлена команда непрерывного считывания массива на низкой частоте;
• расширена группа команд для стирания блоков: стирание блока размером 4, 32 и 64 кбайт (2 и 4 кбайт у AT26DF041);
• добавлена команда стирания всей памяти (кроме AT26DF041);
• добавлена команда программирования байта;
• добавлена группа команд защиты секторов памяти (кроме AT26DF041);
• добавлены команды перевода в режим глубокого отключения и возобновления работы;
• добавлена команда записи в регистр состояния (влияет только на состояние бита SPRL);
• исключены команды для поддержки режимов с неактивным низким или высоким уровнем синхронизации, оставлена поддержка только режимов SPI 0 и 3.

Также следует подчеркнуть, что в случае даже совпадающих команд, как, например, команда чтения массива памяти, коды операций у АТ26 и АТ45 разные. Т.о. данные серии программно не совместимы.

Рабочие характеристики

Ниже представлено сравнение наиболее важных рабочих характеристик памяти DataFlash серий АТ26 и АТ45 равного размера памяти (4Мбит). Из него следует, что у микросхем АТ26 улучшено быстродействие программирования, однако, по мере увеличения функциональных возможностей (от AT26DF041 к AT26F004) ухудшается энергопотребление, в т.ч. в экономичных режимах работы.

	AT26F004	AT26DF041	AT45DB041B
Размер памяти	4 Мбит
Напряжение питания	2.7..3.6В	2.7..3.6В	2.5В…3.6В или 2.7В…3.6В
Рабочий температурный диапазон	Промышленный, -40°С...+85°С	Промышленный, -40°С...+85°С	Коммерческий 0°С...+70°С или промышленный -40°С...+85°С
Потребляемый ток в режиме чтения (20 МГц, 3,6В)	7 (10) мА	4 (10) мА	4 (10) мА
Потребляемый ток в режиме программирования/стирания	9 (12) мА	15 (35) мА	15 (35) мА
Потребление в дежурном режиме	25 (35) мкА	2 (10) мкА	2 (10) мкА
Потребляемый в режиме глубокого отключения	20 (25) мкА	-	-
Длительность программирования байта	15 мкс	30 мкс	-
Длительность программирования страницы	5 мс (256 байт)	5 мс	14 мс (264 байт)
Стирание блока	0,1/0,38/0,75 (0,35/0,65/1,0) сек. для блоков 4/32/64 кбайт	10/12 мс для блоков 2/4 кбайт	12 мс (8 страниц)
Стирание всей памяти	6 (10) сек.	-	-

Прим.: в скобках приводится максимальное значение величины.

Также следует отметить, что среди всех представителей DataFlash AT26DF081A обладает рекордным быстродействием - 70 МГц, а AT26DF161 несколько уступает с быстродействием 66 МГц.

Надежность флэш-памяти

В плане надежности флэш-памяти семейство АТ26 отличается документированностью характеристик износостойкости 100 тыс. циклов программирования и времени сохранности данных 20 лет.

В документации на АТ45 упоминается только, что при каждых 10 тысячах суммарных циклах программирования/стирания необходимо гарантировать хотя бы одно обновление каждой страницы. Исключением является только AT45DB1282, в документации которого указана износостойкость 100 тыс. циклов программирования и время сохранности данных 10 лет.

Корпусные исполнения

Микросхемы АТ26 предлагаются только в двух корпусных исполнениях: 8-выводной SOIC и 8-контактный MLF, в отличие от гаммы используемых типов корпусов с варьирующимся числом выводов у АТ45 (SOIC-8/28, TSSOP-14/28/32/40, CBGA-9/24/44).

Выводы

Таким образом, в микросхемах серий АТ26 предпринят ряд изменений, которые затрагивают архитектуру памяти, команды программирования, электрическое подключение, механизм защиты данных и рабочие характеристики. Микросхемы серии АТ26 можно назвать более унифицированными, т.к. у них используются общие подходы к организации памяти, механизму защиты, интерфейсу подключения, корпусным исполнениям и расположению выводов. Исключением является только AT26DF041, которая по набору особенностей занимает промежуточную ступень между АТ45 и остальными представителями АТ26, наследовав механизм защиты предшественников, но поддерживая побайтное программирование и программирование страницы, исключая работу с буфером, а также стирание двух типов блоков: размером 2 и 4 кбайт.

Поскольку семейство DataFlash изначально ориентирована на хранение, как программного кода, так и данных, то резюмируем преимущества серии АТ26 в разрезе указанных областей применения.

Хранение программного кода:

• возможность посекторной защиты содержимого памяти;
• наличие загрузочного сектора.

Хранение данных:

• возможность более гибкого стирания блоков разного размера;
• возможность побайтного программирования и программирования любого числа байт в странице;
• сокращено количество шагов программирования за счет исключения команд работы с буфером. Но с другой стороны исключение этих команд теперь не позволяет пользоваться буфером DataFlash как статическим ОЗУ для хранения временных данных.
• улучшено быстродействие программирования.

Кроме того, наличие гибкой и надежной посекторной защиты и оптимизированные размеры секторов и стираемых блоков позволяют использовать DataFlash AT26 в новом применении: одновременное хранение программного кода и данных, где данная память будет гарантировать целостность содержимого защищенных секторов с кодом программы, гибкость и простоту программирования данных, а также максимальную эффективность расходования памяти, сведя до минимума пустующие и неиспользуемые области памяти. Преимуществом такого применения DataFlash является возможность исключения дополнительного ЭСППЗУ для хранения данных в приложениях с теневым хранением программного кода во внешнем ПЗУ и его выполнение во внешнем или внутреннем ОЗУ.

Документация:

		Rus Микросхемы последовательной Flash памяти семейства AT45 фирмы Atmel
		Rus Применение DataFlash фирмы Atmel

Для типографий: полиграфическое оборудование и офисная техника от известных производителей. | Бюро переводов в помощь иностранцу! | НесогласованнаЯ перепланировка чревата конфискацией. Услуги по согласованию перепланировки, согласованию отдельного входа в СПБ