串行存儲器接口外文翻譯@中英文翻譯@外文文獻翻譯

串行存儲器接口 : 基于 I2C 和 Wire 上 SPI 的優(yōu)點 介紹 在動態(tài)的半導體工業(yè)中 ,今天被承認的協(xié)議明天就變成了落后的。 在這些第一流的競爭中 ,并行總線在系統(tǒng)數據的傳輸中無疑成為最主要的。面對來自新的串行接口的嚴重挑戰(zhàn)。最近的協(xié)議和改良的標準使串行接口具吸引人的選擇為存儲器和外圍設備的控制應用軟件。 在外圍設備競爭中 , IEEE1394 中 ,千兆位的以太網絡和通用串行總線 (USB) 是擁有并行總線上的許多系統(tǒng)的優(yōu)點比如 PCI ， PCCard ， IDE(磁盤機 ) 和 ISA/EISA。 在半導體存儲器 世界中 ,指令儲藏裝置幾乎全都是使用并行總線。然而，串行通路數據存儲器現在找到了逐漸加快的接收如較快速的串行總線允許設計者取得沒有缺點的好處。這一個申請調查串行存儲器接口的趨勢而且評估三個最權威的接口標準記錄。 存儲密度 如并行閃存和 EEPROMs 密度的增加 ,低密度裝置的制造花費變得逐漸少而又有效 ,所以這些密度傾向于 消失 。 這提供機會給串行存儲器對密度的增加即 填充縫隙 并停止并行的類型。 這些串行存儲裝置為許多數據的儲藏提供了理想的方案。 串行存儲器出現 串行存儲裝置出現超過 14 年。 早期 的許多應用軟件之中發(fā)現低密度裝置，因為他們的費用低 ,容量大。典型的早期使用包括了系統(tǒng)結構或裝置確認。 這些應用軟件通常需要非常小的存儲容量和很小的接口速度限制。 近幾數年來 ,不丟失的串行存儲器的使用以明現的速率增加進入應用軟件之中 ,從蜂巢式電話到汽車的區(qū)域網絡系統(tǒng)到工業(yè)的儀器排列。在大部份這些應用軟件中串行存儲器開始替代并行的裝置。 串行存儲開始在二個相關的市場需求之中對抗并行裝置的。第一是手提式的產品迅速的發(fā)展 ,如膝上型電腦計算機 , 掌上型電腦計算機的急增 ,裝在口袋里蜂巢網狀式電話，呼叫器等。 可攜帶式 需要廠商找方法去減小他們的產品大小和電源。這一個區(qū)域的成功促使了較多的小型化和趨勢導致小型化出現在可預知的未來。 隨著裝置變得更手提式的 ,消費者欲望的增長制定他們使用的產品。 產品現在足夠小以至他們擁有者各處攜帶他們。他們變成人的 生活 -風格 的一部份。 當這發(fā)生的時候 ,產品一定適應擁有者偏愛和習慣。這導致使用者的逐漸增加的需要可以按照使用者而設計 由于設備越來越小 ,而且有不同的媒體接口 ,來自一個鍵盤的輸入不總是實際。 這導致聲音或鋼筆輸入的產生。充分地執(zhí)行系統(tǒng)必須適應使用者或者能夠調整表現得最佳化。 在一個系統(tǒng)中設定包括個人的電話號碼 , 個體時間表 , 聲音或照片。 使使用者可能包括個人化信用卡數字的記錄 , 通行密碼目錄 ,病史，保險數據等的一種產品。 由于人性化和設置變得更普遍 ,導致人對他有了更高的要求。 這造成一種逐漸增加的需求或者更多非丟失性的存儲器。 一種根據客戶需要修改存儲的方法時常出現一個大的并行閃存裝置的小塊使用在許多產品。 閃存包含操作密碼而且可能在領域中被新。 為什么不稍微保留提供數據儲藏的空間 ? 顯示出一致的是一些人性化數據的丟失是易操作的 ,但是程序的損失是巨大的。允許人性化數據對 相同裝置進行寫那包括程序指令增加可能導致程序領域的悲慘失敗。 在每代新產品上 , 工程師都發(fā)現新的方法去減少單位的實際大小和減少它是電源 , 同時增加他的功能。要做到這樣 ,工程師使用裝置整合 ( 經過 ASICs 的使用和更高度整合半導體 ),更小的封裝 ,比較低的操作電壓 ,比較低的現有的和創(chuàng)新的封裝。 串行存儲器正在逐漸變成主要的可編程管理 ,模塊體積和電源。歷史的趨勢表現在串行存儲器電源的需求 (圖 2) 和每毫米區(qū)域的存儲密度 (圖 3) 快速地減退 ,這種趨勢在不久的將來繼續(xù)。 因為他們的小體積 , 低電源驅動的特 性和隔絕程序存儲區(qū)域 , 串行存儲器是為新的手提式提供主要的解決方法 . 雖然串行存儲器是理想的解決方法 ,但隨著密度的增加，主要的限制 ,速度就成為他們的缺點。速度的重要性 二個新的串行外圍接口標準 ,IEEE1394 和 USB, 是工業(yè)中增加推向更高的串行總線速度的例子。晉級為 1 Gbit IEEE1394 的標準指出它在個人計算機中并行 PCI 總線上被選擇是因為數據的生產。在 1Gb/s中 ,IEEE1394 串行總線數據傳輸 64字節(jié)小于 65 nS.這比現在使用的并行 PCI總線要快 ,因為 PCI協(xié)議經常落后。 設計 者預知 USB將會代替那個人計算機的 ISA總線和個人計算機的并行和串行總線對于低速外圍設備。 USB最高處理 12 Mb/s。 這夠快速來處理聲音 I/O，電話接口，鍵盤和老鼠的控制 ,打印機或者其他的標準個人計算機外圍設備。 USB被設想有內部的通道好于其他的串行總線像 ACCESS.bus(I2C的引出物 ), 主要有適當到它更高的速度。 在串行存儲器的應用軟件中，速度變得更加的重要的有如密度的增加。 讀 64kbits,在 100kHz時鐘下要 600ms, 當用 10Mhz接口的時候只要 6mS。這導致系統(tǒng)表現出巨大的 反差 ,使耗電量和使用者交互作用。 減慢接口的速度會沖擊系統(tǒng)通常表現在增加 CPU過度負載。 等待下一字節(jié)的處理，處理器的能力處理較多復雜的軟件的真正時間活動或要求。這項負載經常影響這一產品的使用者。人平均感覺延遲在過度 200 到 300 mS 中的回應時間。 較快速的回應時間不打斷程序的進行，而且這給使用者對這種產品一種更多的穩(wěn)定感。比較慢的回應時間在產品上反映是導致不滿。 以低的接口速度備用傳輸 ,能增加產品的電池的使用時間。 在許多應用軟件中 ,一種產品操作在充滿能量下只有一個分數時間。它最時常出現在一些備 用中 ,低電狀態(tài)。更快速地運行減少在滿電模式中這一產品的操作時間允許它在備用狀態(tài)中保持更長。 (圖 4) 最近來自 Xicor的高速串行存儲器產品的介紹引起了巨大的興趣。 這是早期的介紹簡單的串行存儲器接口速度將會有采用串行的外圍設備總線傾向。來自 Xicor 的最近產品介紹包括 400kHz的 2條電纜和 5Mhz 的 SPI設備。圖 5顯示出傳輸圖解式的表現和設計的串行總線速度。 趨向以 SPI總線的期望為基礎主人式處理器硬件能力和存儲器 I/O的設計 接口選項 最早的存儲器總線是 microwire總線和 I2C總線。 microwire總線以內部處理器的通信口 COPs微控制器開始。 I2C(內部 - 整合的控制器 )總線開始如周圍的總線 ,意味到許多以一個二線為單個組的裝置的接口。 SPI是摩托羅拉公司產生的一個同步的外圍設備接口。這一個接口是最近介紹的正在增加高的速讀和較多的產品開發(fā)變的一樣的重要的接口。 Microwire 總線 作為最老的串行總線之一 ,Microwire總線在很長的一段時間里曾經是流行的和高容量的。它支援一些最低的費用串行存儲器和許多夠快速的應用軟件。然而，這里有一些缺點。 1 microwire接口不支持和 許多密度選項一樣多的另外接口 ,由于密度高達 16kbits 以外。 在這里也有一些介紹總線的的新產品。 這限制設計者在新的設計上的選擇。 2. microwire需要引腳多于 I2C 總線 ,所以系統(tǒng)設計者的花費更昂貴。 3. microwire總線在速度和建結構上有所限制。 microwire裝置限制接口速度為 1MHz 和輸出時鐘數據在相同的邊緣上。 這加上設計上的一些限制。 一重相似的總線 (SPI)時鐘數據在和在時鐘的相反邊緣上的外和有比較高的速度規(guī)格。所以當 microwire有一些優(yōu)點時 , 它有可能是今 天第一種消失串行總線。 I2C 總線 I2C 總線 , 與 microwire總線發(fā)展的同時 ,他或許會存在一些時間。由于他的發(fā)展如外部總線 ,它在系統(tǒng)中很好地工作讓主控制器上只要很少管腳和連接到許多外部的設備。一些比較通常的 I2C 設備是 A/D 轉換器， LCD顯示器 ,真實的時間時鐘和存儲器。 1985 Xicor公司推出了一個 2線的串行存儲設備可以在 I2C總線上操作。 Xicor 仍然是在 2線密度工業(yè)的領頭羊 ,接口速度和特征而且有 2線的存儲最寬的選擇之一藉由速率從 128bits到 128kbits 。 最初的 I2C總線最大值傳輸速度為 100kHz?；豆I(yè)回應 ,這里增加到 400kHz,但是它有可能會不再增加。 I2C總線速度受限制于外圍管腳。當速度增加，由于 I2C總線長度和許多總線上 (包括多路控制器 )的裝置活動導致噪音增加而產生錯誤。連接不確的載入和碰撞發(fā)現記錄 ,使 I2C造成一個敏感的噪音接口。 I2C 接口由二線行時鐘 (SCL)和數據 .(SDA)所組成 記錄特定的通信是以一個 bit開始以一個 bit結束。 當時鐘為高時定義一個開始 bit數據從高到低 (圖 6)當時鐘為高時定義一個結束 bit數據從低到高。在數據傳輸過 程中當時鐘為高時 SDA線不能改變。這個記錄使它們之間很難區(qū)別開始 / 停止 bit而且數據傳輸快 ,總線是雜的 。 I2C 總線上的噪音有時能造成使數據錯誤。 在 I2C 記錄中 ,排列 (圖 7) 的任意閱讀由二個部份所組成。 首先，需要讀入是從主寫入地址線哪里開始。 然后主送一個重復的開始 bit跟隨一個現在的讀指令地址。 主時鐘數據在來自 SDA線。 因為現在的讀指令地址與寫指令不一致 ,噪音在緊要關頭的時間將開始讀的操作寫入而且時鐘想要讀數據入主設備之內變成時鐘寫數據入設備。 結果可能是無法控制的錯誤數據。 這不是 時常發(fā)生的 ,但是當它是這樣的時候 , 這是嚴重的。 盡可能限制這些錯誤的類型 ,Xicor介紹了 2線的設備提供輸入噪音過濾 ,schmidt板機和輸入鎖存。 給設計者對存儲器寫操作控制 ,全新的 2線的設備包括區(qū)段鎖存特征。 這給系統(tǒng)設計者有能力排列的鎖關鍵部份 ,所以料想不到和不受抑制的寫關于噪音不能夠損害關鍵的系統(tǒng)數據。 為了要允許許多的外圍設備連接到相同組合的二線 ,I2C 總線要求一位開著的搜集家拉高增加 SDA輸出在總線上的任何設備之上。 因為多路控制器的系統(tǒng) ,SCL線也需要一位開著的搜集家和一位拉高。 當二個 設備試著去在相同的時間傳送數據 , 這個結構允許對 贏得 的一個設計結束。然而，這個結構增加系統(tǒng)電壓 ,來自有 270 A1 涌流流動過提高電阻為 0bit的期間 在摘要中， I2C總線有優(yōu)點需要很少的管腳和支持許多外圍設備。然而， I2C總線有速度慢的缺點，噪音的磁化率和比較高的系統(tǒng)涌流。 SPI 總線 Motorola 在 1980 年代內提出了 SPI接口并使用于他們的 68HC11 和 68HC05產品系列中。 SPI接口分享類似 microwire接口 ,使用相似的信號名字和指令記錄。 SPI時鐘數據在內部 和外部的不同于 microwire能在比較高的速率使用時鐘。 Xicor是第一個介紹 SPI串行存儲器 (1991的 X25C02)的公司并在發(fā)展比較高的密度設備上是領頭羊。 Xicor也提出了區(qū)段鎖存的使用改良數據在 SPI設備上中的機制。在微控制器之后的幾年中 ,數傳信號處理器， RISC 處理器和 ASICs 全部為內建的 SPI接口作特征。 這些發(fā)展激勵了 Dataquest在 1996年報告 SPI最快速的成長串行接口。 今天 , 如同處理器增加表現一樣 ,SPI接口增加的能力。 趕上這個趨勢 ,Xicor最近介紹 SPI存儲 5Mhz 時鐘率和計劃未來速度增加。 SPI 接口由四條控制線組成 : CS, SCK,SO, 和 SI。 主設備控制 CS 線選擇串行的存儲器 , 然后使用時鐘和數據線把數據來回轉移。 現存的 SPI接口是 一半的雙三極管 ,意味著數據不在 SO輸出當 SI寫入數據時。因此它是最可能連接 SI和 SO的一個三線接口。 大多數的 SPI能實現在 完整的雙三極管 模態(tài)中工作。那意味著數據時鐘進入設備之內的同時數據時鐘在輸出。這能增加數據傳輸。 未來 SPI存儲器將會或許利用這個完整的雙三極管能力。 SPI 接口指令是被驅 動的 (圖 8.)為了要讀來自存儲器的數據 ,主控制器選擇裝置 ,送閱讀指令 ,把地址送到那需要數據 ,然后時鐘數據由設備經過 SO管腳。 在傳輸結束的時候 ,主控制器不選通設備。 有一串可以讀和寫的指令 ,讀 (RDSR)和寫(WRSR)到一個狀態(tài)寄存器 ,而且設定 (WREN) 和清除 (WRDI)一個寫使能鎖存。 在任何成功的把不丟失數據寫到一個 SPI設備之前 ,主控制器必須選擇設備 ,送一個 WREN指令，不選擇設備 ,再一次選擇裝置 , 送一寫指令 ,送 16位的地址 ,(舊的低的密度裝置只有 8位地址 )送 8位多通道的和 不選擇設備 。任何違反這些串寫操作的結束。 而且完成非丟失的寫入和重新設定寫使能鎖存，使整個的串被為下一個寫操作重復。 這使 SPI存儲器對噪音沒有反應。 進一步阻塞鎖定，減少不注意寫入噪音和程序的過失的可能性。 SPI 是一個高速度存儲被一個多種微控制器支持的接口， DSPs 和 ASICs。它正在名聲方面增加如主設備表現增加和如 SPI接口變得更普遍。 以高速度作為新的特征指示 SPI接口將會存在很長的一段時間。 結論