工业控制中数据记录选择合适的NVM的技巧

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　　独立数据记录设备需要专用的非易失性存储器(NVM)，尽管复杂的系统已经具有像HDD那样的大容量NVM，但现在也常能看到它采用专用的存储器来进行数据记录。这一架构选择主要是考虑到安全性、可靠性、以及独立数据访问能力(以防主系统发生故障)。对NVM的正确选择可能是数据记录应用的关键成功因素。
　　应用实例
　　数据记录应用正变得越来越普遍，包括：“类似黑匣子”的工具；访问控制应用；确保实现按次付费商业模式的安全存储器；无线传感器网络和其它工业应用；消费电子、PC和外设以及GPS系统。
　　选择正确的NVM
　　选择何种NVM取决于具体应用的数据记录特性，决定选择何种NVM的首要关键参数是密度。
　　数据容量、数据存储的频率以及整个时间跨度要求决定密度需求。
　　通常情况下，大多数嵌入式市场的数据记录应用要求小于1Gb的存储容量。如要求更高的密度，则必须考虑采用NAND或HDD。
　　对很低密度(最高为几Mb)的应用，可考虑采用EEPROM或NOR闪存。EEPROM的局限性是低密度和较低的读取速度，但它的优势是提供位修改能力和更长的使用寿命。当用闪存替换EEPROM以满足应用更高的密度和更快的读/写速度要求时，推荐采用具有页擦除功能的SPI闪存。
　　对于密度要求在几十Mb到几Gb容量范围内的应用，NOR闪存是首选的解决方案。当然，对于不需要对已编程好的数据进行在系统擦除的应用，也可采用EPROM。在对读和写时序有很高性能要求的缝隙应用中，也可采用电池供电的RAM。但在大多数情况下，闪存正在取代RAM解决方案，主要原因是电源效率和可靠性。NOR闪存可分为两大系列：并行接口和串行外设接口(SPI)器件。

          
　　为什么选择SPI闪存？
　　除了优异的电气性能，SPI解决方案可以大幅缩小闪存占板面积和提供更少的引脚数，从而可简化PCB板布线工作或多芯片解决方案的邦定、降低系统总成本、以及实现非常紧凑的解决方案。
　　在典型的数据记录应用中，数据有一个“存储和下载”使用模式，不需要在闪存上执行任何代码，随机存取时间(SPI闪存与并行闪存相比的一个典型劣势)并不是问题。其它的好处包括：长期的支持、更高的质量和可靠性水平(几个ppm)、以及扩展的工作温度范围(工业或汽车级)。
　　选择正确的SPI闪存必须考虑以下许多关键参数：
　　密度：从512Kb到128Mb；以后，一旦由3字节构成的传统寻址协议被扩展，密度会更大。
　　电源电压：针对嵌入式应用的传统3V和针对无线应用的1.8V。
　　擦除粒度：现可提供支持以扇区(256KB、64KB或32KB)、子扇区(4KB)或页(256字节)为擦除单位的SPI闪存。更细的粒度意味着更大的裸片体积，但它较适用于需对少量数据频繁进行修改的数据记录应用。
　　速度：最新器件的数据吞吐量已高于400Mbps(4 I/O读模式)。程序擦除的典型时间如表1所示。
　　保护：记录下的数据可能被要求不可擦除，以防范意外命令或恶意篡改；SPI闪存提供OTP保护和唯一ID特性，以防止原始器件被替换。
　　封装：低引脚数带来了非常紧凑的封装(MLP8，2×3mm)。合格芯片(KGD)解决方案也在增加。
　　寿命：典型值是每扇区10万次(编程/擦除)；精打细算地利用编程和擦除算法可使应用维持很长时间(关键是在擦除一个扇区前，将其填满数据)。
　　数据保持：数据规范给出的典型值是10到20年。
　　PCM发展前景最好
　　对数据记录应用来说，FeRAM、MRAM和PCM是非常有吸引力的NVM存储技术。特别地，PCM集EEPROM的优点、NOR的性能、极佳的可扩展性、位操作、更快的速度(与闪存的读和写模式相比)、以及更长的寿命于一身，这使得PCM在数据记录应用中成为取代NOR的最佳选择。
　　今天，最有前途的下一代NVM技术是：铁电存储器FeRAM(它利用铁电材料的永久极化特性)、磁性存储器MRAM(它利用磁通道结内的电阻变化来指示存储状态)、相变存储器PCM(基于硫系合金内的电热诱导相变转换)。
　　这些新NVM技术的发展正面临着许多挑战，FeRAM和MRAM面临着存储容量的限制，因此要求引入交替方法(如自旋转矩MRAM)。而PCM因其内在的良好扩展性而允许产品路线图发展到二十几个纳米的工艺节点，因此PCM被认为是未来十年内主流的NVM技术之一。