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技術(shù)支持

如何利用spi psram提供STM32單片機的性能以及產(chǎn)品應(yīng)用

2017-10-12 11:28:23

隨著STM32單片機主頻越來越高,處理能力越來越強,相對應(yīng)的RAM存儲器資源需求變大,
一般單片機上的SRAM采用6T結(jié)構(gòu),價格成本比較高,容量不適宜做太大,加上STM32單片機由于有管腳數(shù)量的限制,不提供外部RAM的拓展接口,不能夠直接使用并口SDRAM或者并行psram來實現(xiàn)RAM容量的增加,有些IO口較多的MCU有專門的接口如FSMC來對接SDRAM喝并行psram,但是必然會占用過多的管腳資源跟PCB面積。
 
以下介紹的是面對IoT領(lǐng)域的新型RAM器件:SQPI PSRAM(Pseudo SRAM)。采用DRAM 1T1C的架構(gòu)作為MEMORY CELL,對比SRAM,同等面積的單位可以存儲容量更大,加上內(nèi)置的刷新控制電路讓芯片的接口跟協(xié)議相當(dāng)于普通的SPI SRAM的功能,其接口相似于SPI NOR FLASH, STM32單片機可以通過SPI或者Quad SPI的接口,做到數(shù)據(jù)的快速存取。
 
該器件的主要規(guī)格如下:
 
容量最大可達64Mb.一般有64/32/16Mb.可以使用SPI/Quad SPI接口進行RAM的擴展,供電電壓3.3/1.8V,最高時鐘為133MHz,
STM32單片機具有SPI或者Quad SPI接口,可以輕松實現(xiàn)RAM的擴展。
該器件已廣泛使用于(但不限于)如下產(chǎn)品:

  1.在智能音箱、兒童故事機上的使用

  通過增加PSRAM作為語音數(shù)據(jù)的緩存在初級版的智能音箱或者故事機上,可以很好的避免因網(wǎng)絡(luò)連接不穩(wěn)定而產(chǎn)生的斷續(xù)播放,或者因帶寬共享產(chǎn)生卡頓或云端接收大量請求而產(chǎn)生響應(yīng)不及時所導(dǎo)致的播放卡頓,斷續(xù)問題,從而提高用戶體驗
通過采用SQPI PSRAM來擴展RAM資源,使得原先產(chǎn)品在性能上有顯著的提升,同時可以進一步提升更多復(fù)雜的協(xié)議如DLNA等,在在Cortex-M3/4資源下實現(xiàn)語音喚醒,取代通過按鍵喚醒,從使用上大幅度的提高客戶使用感受,提升產(chǎn)品檔次。

  2.在高級指紋識別技術(shù)儀上的使用
 

  
為了提升檢測識別的速度和改善用戶體驗,生物指紋識別技術(shù)儀需要一次性在一次按壓中獲取多個指紋圖像(一般一個指紋容量圖像為50kb大?。?,為了更準(zhǔn)確的獲取到指紋,系統(tǒng)需要存儲多個圖像后進行相關(guān)處理,如采用SQPI SRAM作為數(shù)據(jù)存儲器,必然優(yōu)化系統(tǒng)上的規(guī)劃,可以從成本上避免采購具有較大片上SRAM資源的MCU。

  3.在移動打印機上的使用

  
用過移動打印機都清楚,移動打印機需要通過網(wǎng)絡(luò)接入云端服務(wù)器進行相關(guān)的數(shù)據(jù)交換,或者做大批量次數(shù)的票據(jù)打印,需要終端具有一定能力的數(shù)據(jù)緩存處理能力,有些則要求打印多種報表格式、并對打印字體有多樣化要求,從而需要進行格式轉(zhuǎn)換、字體變換等運算,需要較大的RAM來儲存數(shù)據(jù)。SQPI PSRAM很好的適應(yīng)了這種使用需要,相對并口器件省電、體積小,容量也合適。

  4.用作可穿戴設(shè)備的顯示緩存

  大部分高端系統(tǒng)的穿戴設(shè)備中都會采用彩色顯示,或者需要顯示較大的尺寸或者更大的分別率以提高清晰度,就需要用較大容量的存儲器作為數(shù)據(jù)緩存,一般
在最近火熱流行的可穿戴設(shè)備使用中,大部分中高端系統(tǒng)都會采用彩色顯示,或者需要顯示較大的尺寸,或者需要較高的辨別率,這就需要有較大的顯示緩沖RAM。STM32單片機片上SRAM容量幾百kb的級別,,而采用QSPI PSRAM來實現(xiàn)ram資源的擴展,就可很好的滿足這一類的需求。

  5.在系統(tǒng)OTA在線升級上的使用

 一般來說OTA軟件升級時需要來回多次傳輸數(shù)據(jù),如單片機相關(guān)的系統(tǒng)RAM資源有限不足以存儲升級時的數(shù)據(jù),必然給升級帶了不變,如系統(tǒng)上用spi接口擴展了16 ~64Mb 的SQPI PSRAM,那么較大的數(shù)據(jù)傳輸就可以一次性完成,這對應(yīng)經(jīng)常需要更新升級的軟件系統(tǒng)來說是個相對好的解決方案,加速及簡化了升級過程,同時減少flash容量的加倍需要。

  6.在系統(tǒng)安全保護上的使用

系統(tǒng)安全的內(nèi)容之一是防止代碼被拷貝、系統(tǒng)被竊取、修改。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中,程序是放在flash進行運行的,由于flash的內(nèi)容是靜止不變的,容易通過簡單的磨片,版圖提取等等手段技術(shù)就可能獲取運行代碼
 
如果系統(tǒng)從安全的角度出發(fā)可以考慮這樣子的規(guī)劃,先將系統(tǒng)自舉使用簡單的代碼,其他的代碼通過加密后存儲在flash中,但系統(tǒng)運行時候,flash存儲的數(shù)據(jù)通過解密后傳輸?shù)絇SRAM存儲器存儲,并從psram中運行程序,但程序或者(函數(shù))運行結(jié)束后,可以再次在psram進行加密(以備下次使用)以及銷毀代碼(一次性運行代碼)。從MCU的唯一序列號和PSRAM的唯一序列號以及隨機數(shù)并經(jīng)過客戶的定制算法生成其中的密匙,再結(jié)合MCU自身的安全機制,以STM32為例其作為在多個使用上占統(tǒng)治地位的微控制器,擁有讀寫保護、唯一序列號、內(nèi)存保護單元、硬件防火墻、真隨機數(shù)發(fā)生器、硬件AES及HASH加速器等等先進可靠的特點),以上規(guī)劃限于篇幅,無法一一展開討論,如果在這樣的規(guī)劃中使用QSPI PSRAM,必然可以實現(xiàn)某些因種種原因未能實現(xiàn)的性能。

SQPI PSRAM在STM32單片機的RAM資源擴展應(yīng)用中提供了一種高效、靈活、高性價比的解決方案,為包括語音、圖像處理在內(nèi)的數(shù)據(jù)密集、算法密集類使用,提供了全新的解決方案。
以下是SPI PSRAM的產(chǎn)品型號,可以參考以下
Density Part Number Vcc(V) Speed(MHz) Bus Modes Temp. Package Packing Status
64Mbit RS6404LSQL 1.8 20 SPI,QPI -25℃ to 85℃ 8-SOIC Tube MP
64Mbit IPS6404LSQ 3 20 SPI,QPI -25℃ to 85℃ 8-SOIC Tube MP
64Mbit RS6404LSQ 3 20 SPI,QPI -25℃ to 85℃ 8-SOIC Tube MP
64Mbit IPS6404LSQL 1.8 20 SPI,QPI -25℃ to 85℃ 8-SOIC Tube MP
32Mbit RS3204JSQI T 1.8 20 SPI,QPI -40℃ to 85℃ 8-SOIC T&R MP
32Mbit IPS3204JSQ 1.8 20 SPI,QPI 0℃ to 85℃ 8-SOIC Tube MP
32Mbit RS3204JSQT 1.8 20 SPI,QPI -25℃ to 85℃ 8-SOIC T&R MP
32Mbit RS3204JSQCT 1.8 20 SPI,QPI 0℃ to 85℃ 8-SOIC T&R MP
32Mbit RS3204JSQI 1.8 20 SPI,QPI -40℃ to 85℃ 8-SOIC Tube MP
32Mbit RS3204JSQ 1.8 20 SPI,QPI -25℃ to 85℃ 8-SOIC Tube MP
32Mbit RS3204JSQC 1.8 20 SPI,QPI 0℃ to 85℃ 8-SOIC Tube MP

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