全球第一款DSP系统内存

本文作者:admin       点击: 2003-06-01 00:00
前言:
意法半导体美国分公司
<br>
<br>DSM2180F3的简易性及灵活性为设计人员提供了一个完整的中继系统内存解决方案,不仅能加快上市时程,同时能低整体系统成本。DSM2180F3是特别为亚德诺ADS218x系列DSP的接口应用而设计。ST与亚德诺宣布,藉由密切的合作,已经开发出一种创新、高整合度的闪存解决方案;这个内存方案能在产品制造过程中,利用JTAG接口提供带有快速系统内编程功能的DSP系统,同时还能透过DSP本身在产品制造现场进行高效率的编程。另外,DSM2180F3组件还在单芯片上整合了可编程逻辑与更多I/O等单元。
<br>
<br>在正常情况下,DSP需要高速内存来执行应用程序。这是为何它们通常必须藉由快速的内部SRAM执行程序代码的主要原因。不过,SRAM是挥发性内存,它必须在通电时从外部非挥发性的‘bookload’内存上加载程序,随后再进行程序代码交换。
<br>
<br>现在介绍的DSM2180F3并不是‘普通的’通用闪存。DSM2180F3不仅是‘bootload’内存,它的优势已超越一般闪存组件,其主要优势有以下几点:
<br>
<br>– JTAG系统内编程
<br>– 16个附加的通用I/O接脚
<br>– 通用逻辑组件用之PLD
<br>– 可让DSP以多种方法存取闪存的译码逻辑单元
<br>– 内容保密
<br>– 低功耗操作
<br>– 免费的简易型软件开发工具
<br>
<br>JTAG系统内编程(JTAG&nbsp;ISP)
<br>一个完全空白的DSM2180F3组件能在被焊接到电路板上时进行编程,仅需要10~20秒的时间,这个过程不需要使用到DSP的功能,同时也不需要插槽、卷标或预编程组件。任何PC或笔记型计算机都能使用由ST提供的FlashLINK*&nbsp;JTAG&nbsp;ISP编程器。工程师能利用这个工具能有效地节省时间并降低成本,同时能进一步加快产品上市时间。
<br>
<br>传统的产品制造过程需要很多步骤,包括:预测每一种终端产品的需求量、为每一个逻辑和闪存组件进行预编程并贴上标签、组装并测试电路板(此部份的工作可包含装设插槽以及预编程的组件),然后才能列入货品名单或出货到顾客手中。现在,ISP与JTAG功能能在不带插槽与没有特殊配置的情况下,将电路板组装完成。在生产线最后的程序代码测试阶段还能执行编程动作,同时应用程序也能满足用户的正确需求,无需预测或建立库存。直到最后一分钟还可轻易地调整程序代码。
<br>
<br>JTAG&nbsp;ISP还能用于各种不同的场合,免除了因为产品拆卸而必须更换内存及逻辑组件的需求。
<br>
<br>16个通用I/O接脚
<br>DSP上的I/O接脚往往是供不应求,ASP-218x可将提升到最多11个I/O。不过,最新的DSM2180F3则可附加到16个I/O接脚,让设计人员无需添加任何芯片或藉助额外的微控制器,就能透过这些I/O接脚控制更多周边。这些I/O接脚可做为连接键盘、开关以及显示器等周边的接口。这些灵活的I/O都能透过DSP程序代码,或是直接由PLD逻辑单元控制。
<br>
<br>通用PLD
<br>DSM2180F3的通用PLD具有多种功能:可建立状态机、芯片选择、胶合逻辑、计数器、延迟器等。通用PLD带有16个宏单元,能在PLD连接到芯片时用来做讯号取样或解弹跳(debounce)讯号(如噪声按键输入)。这个PLD免除了对小型外部逻辑组件的需求,同时还可以取代PLD(22V10)、PAL(20V8)、74XX逻辑(74HC374)等组件。逻辑登入可运用PSDsoft&nbsp;Express软件提供的简易点按式(point&nbsp;and&nbsp;click)环境轻易完成。PSDsoft&nbsp;Express软件现可从ST网站下载。
<br>
<br>两种存取闪存的方法
<br>在通电之后,DSP会从外部启动内存用字节直接内存存取方式(BDMA),迅速地将内存区块数据从外部闪存加载其内部SRAM之中。然而,BDMA并不是将数据写入闪存的最有效方法,闪存需要一次写入一个字节的方法,而不是一次写入一个区块。所以除了BDMA之外,DSM2180F3还能让闪存以外部数据覆盖内存的方法进行存取,即一次写入一个字节,这种方法能够对闪存做良好的编程。使用这种方法,DSP能迅速地使用BDMA方式从闪存中以区块读取方式取得程序代码或数据,同时也能以数据覆盖内存的方法将数据以高效率的方式回写入闪存中。相较之下,标准的通用闪存则需要附加的逻辑单元,以及更多的设计,才能达到这种灵活性。
<br>
<br>内容保密
<br>有两种方法可达到内容保密的目的,第一种是透过保密位,第二种是透过扇区保护功能。
<br>
<br>保密位是一种非挥发性的可编程位,可透过组件编程器与读取器来存取内存区块,使组件免于未经认可的读取器、授权或闪存与PLD等组件之内容的损害。保密位的方法仅能清除整个芯片,而后再对芯片重新编程。当组件处于被保密的状态时,DSP仍然能存取闪存。此外,8个各自独立的闪存扇区均具有各别的防意外写入保护能力,是保护启动程序代码的最佳应用。
<br>
<br>低功率
<br>这个闪存采用零功耗技术,在存取过程中会自动降到待机电流的水平。其PLD也采用零功耗设计,但内建了电源管理单元,这个电源管理单元由执行中的DSP控制,同时能控制PLD的速度与电流消耗。一个5V的组件在待机时的功耗为75&micro;A;3V时为25&micro;A,这使其成为电池供电系统的理想应用。
<br>
<br>免费与低成本的工具
<br>PSDsoft&nbsp;Express软件开发工具为系统配置与逻辑设计提供了简单的‘点按式(point&nbsp;and&nbsp;click)’功能。PSDsoft&nbsp;Express是一款免费的软件,设计人员可透过网站下载或索取CD-ROM的方式获得。
<br>
<br>FlashLINK是一种JTAG&nbsp;ISP编程器,与PC并行端口搭配使用,定价仅59美元。ST于2001年9月推出一款评估板,定价为99美元。所有的工具、技术文件与应用手册都能从http://www.st.com/psd网站下载。
<br>
<br>简单的连接
<br>DSM2180F3系统内存可直接连接至下列DSP组件:
<br>–&nbsp;5V:ADSP-2181/2181/2184
<br>–&nbsp;3.3V:ADSP-2185L/2186L/2187L
<br>– 2.5V:ADSP-&nbsp;2185M/2186M/2187M/2188M/2189M
<br>–&nbsp;1.8V:ADSP-&nbsp;2185N/2186N/21867N
<br>
<br>组件编号
<br>DSM2180F3技术文件(Data&nbsp;sheet)中,详细列出了所有的组件规格,设计人员可自网站下载。以下几点为DSM2180F3组件的几项重要特性:
<br>– 闪存由8个相同大小(16Kb&nbsp;x&nbsp;8)的扇区组成,可承受100&nbsp;K次的清除/写入周期循环,资料保留期间至少15年。
<br>– 通用PLD可以任意组合或连续排列,带有16个输出缓存器,每个可支持10个产品。
<br>– 通用I/O可透过任何一个DSPO软件或PLD进行存取。
<br>– JTAG&nbsp;ISP符合IEEE&nbsp;1149.1标准,能在10~20秒的时间内对整个组件进行编程。
<br>– 业界标准的工作温度:–40oC&nbsp;to&nbsp;+85oC。
<br>
<br>ST与亚德诺合作开发出的DSM2180F3,在新增的功能特性上远超过通用内存,在系统内存领域内呈现了显著的创新成果。这项先进产品结合了低成本、易于使用的工具等特性,是设计ADSP-218x&nbsp;DSP时之系统内存的最佳选择。&nbsp;
<br>&nbsp;
<br>法国意法半导体EEPROM与串行NVM产品部门

可以识别、追踪与更新数据的功能的主要目的,是能够在现阶段用一种很方便的技术,符合日益增加的短距无线识别需求。射频(RF)识别技术是依照磁性条形码与接触式内存IC等现有系统所开发的。非接触式系统主要由几种零件组成:读取器与非接触式内存卷标集。每一个标签都内含一个小型的内存芯片,可连接到小型线圈天线上。这个内存芯片可保存与其接触的产品项目之识别数据以及更新后的识别数据。而天线的作用则是透过射频功能将数据传送到内存芯片中,负责数据的输入与输出。

非接触式的识别应用必须在读取器与待识别项目间的距离小于2公分的情况下工作。我们希望这些应用能满足以下数种正在迅速成长中的近耦合式识别应用:

&#8231; 消费性产品的识别与追踪
&#8231; 用于贩卖机的预付卡
&#8231; 工业识别

以上的应用量都非常庞大。为了在此一市场取得成功,并与现有的解决方案竞争,非接触式识别系统必须符合以下几项要求:

&#8231; 读取器与标签必须符合ISO标准(如ISO14443 B)
&#8231; 低成本的嵌入式读取器
&#8231; 内存容量必须足以储存所有需要追踪的数据
&#8231; 保密功能(如防止复制(anti-cloning)或密码保护)

为此,ST特别开发出CRX14非接触式耦合器芯片,以及一系列的短距离非接触内存组件,它们能搭配使用,设计出低成本的非接触式系统,让近耦合的操作更加便利。

CRX14非接触式耦合器芯片

ST的CRX14短距离非接触式耦合器芯片符合ISO14443 B类标准。CRX14可产生13.56MHz频率的讯号。该芯片的RF功率可达到100mW,与符合 ISO14443 B类标准的非接触式内存卷标共同使用时,可用于短距离的数据识别作业。

CRX14芯片具有ST的反碰撞(anti-collision)机制,即使在操作距离范围内同时存在许多标签的情况下,读取器也能检测并识别所有的标签,并对每一个标签各别进行存取。CRX14实现了法国电信专利的‘防止复制’(anti-clone)功能,而兼具‘防止复制’能力的读取器则能辨认每一个标签。

CRX14耦合器芯片可连接内存卷标,芯片的一端可透过输入/输出缓冲器,以及符合ISO14443 B类标准的射频协议将讯号传送到系统主处理器中;而芯片的另一端则可透过400kHz的I2C总线加以控制。

CRX14能工作在5V供给电压条件下,采用SO16N封装,能在操作距离与成本间取得良好折衷,是开发非接触式读取器、嵌入式读取器设备的最佳解决方案。

短距离非接触式内存

ST所有的短距离非接触式系列产品均符合ISO14443 B类标准。它们全都透过13.56MHz频率进行存取,并支持标签与读取器间高达106Kbit/s的发射和接收数据传输率。所有的组件都彼此兼容,并采用相同的卷标协议存取方式。

这一系列短距离非接触式内存被分为两大项目:

&#8231; 低阶的SR系列
&#8231; 保密SRIX系列(带有反碰撞与防止复制能力)

低阶SR系列
SR176是ST低阶短距离系列的第一款产品。它不含反碰撞与防止复制功能,是由内含11个16位区块之176位的EEPROM所组成,带写入保护功能,并具有一个64位UID,以及固定的4位芯片检验器。
保密的SRIX系列
SRIX是ST可支持反碰撞与防止复制功能功能的高阶保密组件系列产品之一,它具有标签辨识能力。当系统主处理器发出辨识需求时,每一个标签都会依次通过CRX14。此时每个标签都会执行其‘防止复制’算法来计算辨识记号,然后再将数据送回读取器以进行辨识检查。‘防止复制’功能可防止诈欺,任何不属于此系统的卷标都会回答出不正确的辨识记号。

SRIX系列的第一款产品是SRIX4K,它内含4096位的EEPROM,该EEPROM是由128个32位的字符组成。SRIX4K包含三个主要区域:

&#8231; 一个5字符的OTP区域,可让用户存取,其位值仅能从1转换到0。
&#8231; 两个仅能减少的32位二进制计数器。
 
&#8231; 121字符的用户EEPROM,共有9个,可个别设定写入保护。

SRIX4K提供8位的芯片识别符号,能让读取器在反碰撞功能操作期间识别每一个卷标,同时能在生产在线对一个64位的只读识别码(UID)进行编程。

ST稍后还将发布此系列之最新一款低密度512位保密组件──SRIX512。

用CRX14耦合器与SR非接触式内存设计近耦合系统

SRIX与SR非接触式内存芯片在封装内整合了天线,嵌入天线的方式有镶嵌件、token或button等。而这些内存会被整合在产品中,做为识别和追踪之用。

针对嵌入式读取器,ST的CRX14耦合器芯片必须连接到天线,以便从卷标传送或接收RF讯号,然后以一个符合工业标准的I2C串行总线做为和系统主存储器通讯的接口(见图1)。将数据从读取器传送到卷标的RF通讯,是透过感应13.56MHz频率上的两个线圈耦合来进行的。这个标签不需要专用的电源供给(如电池)。而读取器则附有卷标专用的软件驱动器,可支持卷标读取与写入操作。

采用CRX14的读取器能与ST符合ISO14443 B类标准的短距离非接触式内存,以及其它厂牌的组件达到良好的互作业性。针对非接触式识别应用,像消费产品识别与反仿冒这类工作于近耦合的短距离范围,并需要高度保密性的应用,都能使用具有防止复制之辨识功能的保密SRIX系列卷标。假设,在不需要很好的辨识功能,但成本是最主要考量的情况下,则一个采用CRX14的读取能与低阶SR(SR176)非接触式内存的搭配,是最理想的解决方案。

近耦合应用
消费性产品(如食物、电池,以及打印机墨水匣、储存产品等计算机周边)的识别与追踪,是近耦合识别的最主要潜在应用领域。这些大量的应用需要低成本的读取器,必要时这些读取器必须被整合在产品中,与单一或少量的标签共同使用。一个采用CRX14的读取器搭配SRIX4K标签,是这些应用的最佳解决方案。64位的UID能用来识别产品项目,这个可以被锁住的区域可储存产品编号等制造数据。SRIX4K则提供防止复制功能,该组件能透过对产品检测来侦测仿冒品,在此同时,反碰撞功能则可对多个标签进行识别。贩卖机用的预付卡则是另一个可经由使用近耦合非接触式识别系统获得更大利益的应用范例。SRIX4K非接触式内存能被嵌入到每一个令牌中。两个32位二进制计数器中的一个,会上传最初的购买价格,同时随着每次的数据传送递减。这个令牌识别符号被储存在64位的UID区块中,而产品编号或收款机的信息则被储存在一个可锁定的区域中。这种非接触式系统的强韧性远超过一般磁卡与接触式卡片。

低阶SR系列产品的主要应用不需要太高的保密性,只需要在生产在线识别并追踪货品,其处理及控制的数据均被储存在用户EEPROM中。 
本文结论
使用CRX14单芯片耦合器,加上ST的SRIX或SR短距离非接触式内存,可轻易地制造出具备高保密性能(辨识及反碰撞能力),同时能在近耦合距离中操作的低成本非接触式识别系统。与现有的识别系统相比,近耦合解决方案具有更明显的优势:它们能在更严苛的环境下工作,同时具有低成本和灵活性等特色。

在产品制造过程中,非接触式内存系统能为一个或多个产品项目提供自动、快速且轻易的方法来收集信息,无需使用直接光学连接,也不需要人为干预。此外,非接触式识别系统还能应用在各种脏乱或严苛的环境中,这是其它自动识别解决方案无法做到的。非接触式系统能双向传送数据,它能以无线方式将数据传送到产品项目中,并进行写入或数据更新。