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基于SPIFI外设的Cortex-M MCU嵌入式闪存选型解决方案

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串行闪存通常使用简单的四针串行外设接口(SPI),从空间占用、功耗和成本等因素考虑是并行闪存的理想替代产品，但是传输速率非常低。通过图1我们可以看到典型SPI闪存50MHz的传输速率仅为5Mb/s，而采用两个16位并行闪存配置系统的传输速率是其8倍。另一个问题就是大多数微控制器SPI接口都与MCU外设矩阵连接，处理器访问数据前必须先由驱动器代码接收到内容并保存在板载RAM中。由于每次读取串行闪存都要通过SPI软件层，因此速度无法提高。对于采用标准SPI接口的外部闪存应用，速度可能无法满足要求。

新型四通道SPI闪存采用改进的6针SPI配置，数据传输速率远高于传统的SPI接口。如图1所示，四通道SPI每秒最大传输速率可达40Mb，与两个16位并行闪存速度相当。由于减少了管脚数量和封装尺寸，与并行方案相比，四通道SPI串行闪存可有效降低成本。虽然四通道SPI闪存完全可替代嵌入式系统中的并行闪存，但目前32位微控制器设计并不支持四通道SPI闪存的最大传输速率。这主要是因为四通道SPI接口与传统的SPI接口连接方式相同，直接连接了微控制器外设矩阵。

解决外部闪存选型难题

恩智浦新开发的SPI闪存接口(SPIFI)可以彻底解决并行/串行闪存的选型困扰。已申请专利的SPIFI外设可以将低成本SPI和新型四通道SPI闪存映像到ARM Cortex-M3内存中。与外部并行闪存方案相比，使用SPI外部闪存的MCU性能损失非常小。由于外部SPI闪存完整的内存空间可以映像到MCU内存中，微控制器对外部闪存直接访问，无需使用软件API或库。

例如，使用四通道SPI闪存，SPIFI外设传输速率可达40Mb/s。设计人员可以选择更便宜的SPI闪存器件，在保证性能的基础上缩小脚位尺寸，简化配置。由于系统无需针对外部并行闪存使用庞大的接口设计，设计人员还可以选择体积更小、成本更低的微控制器。嵌入式系统采用SPIFI外设可以提高内存资源利用率，缩小尺寸，提高效率，降低系统总成本。

SPIFI外设是恩智浦LPC1800系列ARM Cortex-M3微控制器率先采用的一种专用技术。此外，即将面市的新产品还包括低成本Cortex-M0系列和Cortex M4数字符串行控制器(DSC)。

SPIFI支持目前市场上大部分串行闪存器件(含四通道读/写产品)，配置编程非常简便，采用4/6引脚设计(取决于串行闪存类型)，支持小型寄存器组，优化内存事务，其软件指令可降低CPU开销，提高内存数据交换效率。

SPIFI工作原理

图2给出了SPIFI外设的功能框图。SPIFI功能块与微控制器应用的高速总线(AHB)矩阵连接，后者主要用于处理器内核和片上内存。SPIFI将外部SPI闪存内容映射到微控制器内存中。当片上ROM启动代码激活SPIFI接口后，外部SPI内存与核心处理单元上的片上内存功能完全相似。

图2：SPIFI外设功能框图。

初始化序列

SPFI接口的所有驱动程序全部保存在ROM中。对于读取操作，只需一个例程调用指令即可启动SPIFI外设。初始化序列结束后，整个SPI闪存可以象正常内存一样由处理器和/或DMA通道按字节、半字、整字访问。擦除和编程通过简单的API指令访问ROM命令调用即可，因此，使用外部SPI闪存与片上内存几乎没有差别。

从SPIFI启动

对于需要微控制器从外部串行闪存启动的系统，恩智浦LPC1800微控制器已配置了SPIFI启动功能。启动源的选择有两种方法：第一种是使用微控制器引脚确定启动源的接口;第二种由用户在非易失性内存中编程选择启动接口。使用非易失性内存编程可保留引脚的双重功能。

物理接口

图3给出了SPIFI外设的物理接口。本示例对于传统SPI闪存采用了标准的4引脚配置，如果是四信道SPI闪存，还需要增加两个引脚以支持四信道功能。