FRAM이란 무엇입니까

FRAM 기술 이해

소개

FRAM(Ferroelectric Random Access Memory)은 FeRAM 또는 F-RAM이라고도 하며, 플래시와 SRAM의 장점을 결합한 메모리 기술입니다. 플래시와 같은 비휘발성이지만 고속 저전력 쓰기, 1015 주기의 쓰기 내구성, 플래시/EEPROM보다 공격자에게 덜 취약한 코드 및 데이터 보안, 방사능 및 전자기장에 대한 저항, 탁월한 유연성을 제공합니다. 이 메모리 기술은 나온 지 수십 년이 되었지만 이제 MSP430 초저전력 MCU(마이크로컨트롤러)에 통합되어 실제 애플리케이션에 고유한 장점을 제공하고 있습니다.

분자 구조

FRAM은 각 비트를 개별적으로 읽고 쓰는 임의 액세스 메모리입니다. 이 비휘발성 메모리는 하나의 트랜지스터와 커패시터 하나(1T-1C)를 사용하는 DRAM과 구조가 비슷하지만 강유전체(납-지르코네이트-티타네이트)의 분극으로 데이터를 저장합니다. 전기장이 적용되면 결정체가 쌍극자로 변하여 정보를 저장합니다. 이 구조는 여러 장점이 있습니다.

  • 비휘발성
  • 고속 쓰기
  • 저전력
  • 높은 내구성
  • 전자기장 및 방사능에 대한 저항
  • 탁월한 유연성
  • 데이터 보안
분자

결정 분극을 사용하면 전하 축적과 달리 상태 유지가 가능하고, 일반적인 MSP430 마이크로컨트롤러 애플리케이션에서 사용되는 플래시, EEPROM 및 SRAM과 비교할 때 전압 요구 사항(1.5V)이 낮고 쓰기 속도가 빠릅니다. 기존의 메모리 기술과 관련된 장점 외에도 FRAM은 시스템 수준의 보안 이점을 제공합니다. 전하 펌프가 없으면 물리적 공격에 대한 핵심 취약점이 사라집니다. FRAM은 또한 전자기장 및 방사능에 영향을 받지 않습니다. FRAM 상태는 전하로 저장되지 않기 때문에 알파 입자로 인해 비트가 뒤집히거나 FRAM SER(소프트 오류율)이 탐지 가능한 한도 아래로 떨어질 가능성이 낮습니다. 외부 간섭에 대한 이러한 저항 외에도 FRAM은 잘림 방지를 지원하므로 쓰기/삭제 주기 중에 전력 손실이 발생해도 데이터가 손상되지 않습니다. 마지막으로 암호화를 사용하여 데이터를 보호할 수 있습니다. FRAM의 빠른 쓰기 속도와 높은 내구성은 개발자들이 키를 더 자주 생성하여 데이터 전송을 더 안전하게 보호할 수 있도록 지원합니다.

기술 비교

이전 섹션에서는 FRAM의 몇 가지 장점을 설명했습니다. 그렇다면 FRAM은 정말로 기존의 메모리 기술과 비교가 안 되는 것일까요? 대답은 '그렇다'입니다! 아래 표에는 플래시, EEPROM, SRAM과 비교한 FRAM의 주요 장점이 요약되어 있습니다.

올인원: FRAM MCU는 최대 장점을 제공합니다.
사양 FRAM SRAM EEPROM 플래시
비휘발성
전원이 꺼져도 데이터 보존
O X O O
쓰기 속도
(13KB)
10ms <10ms 2초 1초
평균 유효 전력[µA/MHz]
CPU의 16bit 워드 액세스
100 <60 50,000+ 230
쓰기 내구성 1015 무제한 100,000 10,000
소프트 오류 측정 가능한 한도 미만 O O O
비트 단위 프로그래머블 O O X X
통합 메모리
유연한 코드 및 데이터 분할
O X X X

* 텍사스 인스트루먼트 디바이스 기준

마이크로컨트롤러의 장점

FRAM은 기존의 메모리 기술보다 뛰어난 몇 가지 장점을 제공합니다. 이러한 장점은 저전력 및 기본 마이크로컨트롤러 애플리케이션에서 실질적인 기능 수준의 장점으로 이어질 수 있습니다.



FRAM 사용 예제

FRAM은 기존의 메모리 기술보다 뛰어난 몇 가지 장점을 제공합니다. 이러한 장점은 저전력 및 애플리케이션에서 실질적인 기능 수준의 장점으로 이어질 수 있습니다.

EEPROM 대체

EEPROM 대체 - 저전력 및 높은 내구성 덕분에 외부 EEPROM이 필요하지 않음

솔루션 주요 기능

  • 저에너지
  • I2C 프로토콜 속도에 제한을 받지 않음
  • EEPROM보다 10억회 더 많은 쓰기 삭제 주기
  • 비트 단위 프로그래머블
  • 향상된 메모리 크기 옵션

솔루션 장점

  • 시스템이 더 빠르고 더 효율적임
  • 동일한 시스템에 더 많은 데이터를 더 높은 데이터 정확도로 쓸 수 있음 또는 시스템 수명을 늘릴 수 있음
  • FRAM은 유연하고 사용하기 쉬움
  • FRAM 기반 MCU는 설계에 따라 손쉽게 확장할 수 있음
FRAM 사용 예제

전원 장애 시 저에너지 백업

전원 장애 시 저에너지 백업 - FRAM은 전원이 꺼졌을 때 데이터 백업을 지원함

솔루션 주요 기능

  • FRAM 쓰기는 플래시보다 비트당 에너지 소비가 250배 더 적음
  • FRAM 쓰기는 읽기와 동일한 전력을 사용하며, 전하 펌프가 없어 최대 전류에 스파이크가 없음
  • MSP430 MCU의 FRAM에는 현재 4워드 쓰기를 완성하는 내장 회로가 있음(통합 LDO 및 커패시터)

솔루션 장점

  • 백업 용량 10배
    • 배터리 전원을 고려하여 0.01초마다 0.2V씩 사용합니다. 삭제가 없고 최대 전류 도달 횟수를 감하는 이상적인 사례에서는 약 8K의 플래시 바이트를 쓸 수 있지만 같은 상황에서 FRAM의 경우 80K의 바이트를 쓸 수 있어 전력 손실이 곧 발생하더라도 사용자가 걱정하지 않고 완전히 자유롭게 본격적인 서브루틴을 계획하고 실행할 수 있습니다.
백업

OTA 업데이트

OTA 업데이트 - FRAM 쓰기 속도 덕분에 OTA 업데이트가 더 안정적으로 지원됨

솔루션 주요 기능

  • FRAM을 업데이트하면 소요 시간이 100배 감소하고 에너지/비트가 250배 감소함
  • 사전 삭제 필요 없음
  • 데이터를 즉시 쓸 수 있음
    • COMM 채널에서 바로 FRAM에 데이터를 쓸 수 있으며 버퍼링이 필요 없음
  • AES(Advanced Encryption Standard)를 사용한 암호화/암호 해독을 위한 하드웨어 액셀러레이터

솔루션 장점

  • 유효 라디오 시간을 제한하여 배터리 수명 연장
  • FRAM은 개발을 간소화함
  • 전력 손실 시 데이터가 보호되므로 검증 알고리즘이 간소화됨
  • AES와 인증을 조합하여 부당한 사용을 방지
OTA 업데이트 - FRAM 쓰기 속도 덕분에 OTA 업데이트가 더 안정적으로 지원됨

원격 감지 또는 데이터 로깅

원격 감지 또는 데이터 로깅 - 제품 수명 연장 및 유지 보수 축소

솔루션 주요 기능

  • 저에너지
    • 고속 쓰기
    • FRAM 데이터를 변경하는 데 필요한 전압 및 전류가 낮음
  • 반영구적인 내구성
    • 플래시보다 10억회 더 많은 주기

솔루션 장점

  • 배터리 교체 없이 더 오래 사용 가능
    • 설치 비용이 배터리 비용보다 훨씬 더 많을 수 있음
    • FRAM MCU가 추가적인 전압 공급을 절감하고 최대 시스템 전류를 줄일 수 있음
    • FRAM 데이터를 변경하는 데 필요한 전압 및 전류가 낮음
  • 높은 내구성은 다음을 의미합니다.
    • 더 높은 정확도 - 동일한 제품 수명 동안 더 많은 샘플을 사용할 수 있음
    • 제품 수명 연장 - 동일한 주파수에서 더 오랫동안 샘플을 사용할 수 있음
  • FRAM MCU가 추가적인 전압 공급을 절감하고 최대 시스템 전류를 줄일 수 있음
    • FRAM 셀에 대한 쓰기 작업이 낮은 전압에서 수행되고 데이터 변경에 필요한 전류가 매우 적음
    • 비교하자면 EEPROM은 높은 10~14V가 필요할 수 있음
데이터 로깅

에너지 하베스팅 기술

에너지 하베스팅 - 배터리 효율성을 개선하거나 배터리를 모두 제거

솔루션 주요 기능

  • 비휘발성 쓰기의 낮은 유효 듀티 사이클
    • 평균 및 최대 쓰기 전력이 낮아서 MCU의 평균 및 최대 소비 전력이 낮음
  • 더 빠른 시작 시간
    • 변수가 비휘발성 FRAM에 저장됨
  • BQ25570과 완벽한 한 쌍
    • 태양, 열, 바람 등 DC 소스에서 생성된 전력의 µW에서 mW까지 수집하고 관리하도록 특별히 설계됨

솔루션 장점

  • 정격 배터리 용량에 가깝게 구현
    • 최대 전류 소비를 제한하여 배터리 효율이 개선되고 수명이 연장됨
  • 에너지 하베스팅은 유일한 에너지원이 되거나 배터리를 보완하여 제품 수명을 늘릴 수 있음
에너지 하베스팅 기술

데이터 보안

데이터 보안 - FRAM과 관련된 지적 재산권 및 전송 보호

솔루션 주요 기능

  • 전하 펌프가 필요 없음
  • 외부장에 대한 저항
  • 전원 장애 시 상태 유지, 고속 쓰기 및 쓰기 주기 10회
  • AES(Advanced Encryption Standard)를 사용한 암호화/암호 해독을 위한 하드웨어 액셀러레이터

솔루션 장점

  • 일부 물리적 공격 유형으로부터 메모리가 보호됨
  • FRAM은 소프트 오류에 취약하지 않음
  • 특정 상태 변경 시 보안 키를 빠르게 업데이트하고 알림 전송
  • AES와 인증을 결합하여 더 안전한 데이터 통신 가능
데이터 보안

개발 유연성

개발 유연성 - 기존에 코드, 변수 및 상수 데이터 간에 존재했던 경계 해체

솔루션 주요 기능

  • 플래시: RAM 비율은 산업 표준이며 사용자 지정이 허용되지 않습니다!
    • FRAM은 메모리 블록의 크기를 사용자 지정하는 기능을 통해 이러한 장벽을 무너뜨립니다.
  • 런타임 또는 컴파일 시 이러한 경계를 유연하게 변경 가능

솔루션 장점

  • 더 적은 플랫폼 = 더 빠른 시장 출시 시기
    • FRAM은 개발자가 하나의 플랫폼으로 요구 사항이 각기 다른 여러 프로젝트를 진행할 수 있도록 지원합니다.
  • 저렴한 시스템 비용
    • RAM을 늘리기 위해 더 큰 장치를 구입할 필요가 없음
개발 유연성

제조 효율성

제조 효율성 - 시간 절약 = 비용 절약

솔루션 주요 기능

  • FRAM은 쓰기 속도가 1MBps보다 훨씬 더 빠름
    • 플래시 쓰기 속도의 100배

솔루션 장점

  • 제조 라인의 시간을 개선하여 대량 생산 비용 절감
제조 효율성

FRAM 고객 추천서

전 세계의 엔지니어들이 FRAM 기반 마이크로컨트롤러를 시스템에 추가하고 있습니다. ESL(전자 가격 표시 시스템)부터 소행성 자원 채굴까지 멋진 애플리케이션을 아래에서 확인해 보십시오.


배터리를 전원으로 사용하는 센서 - 외상성 뇌손상의 트리아지(triage) 및 진료에 도움이 되는 객관적인 데이터 제공

"저전력 = 배터리 수명 연장“

고객 문제

  • 소형 폼팩터
  • 배터리 전원에서 지속되는 작동으로 사용 시간 연장
  • 데이터를 정기적으로 수집해야 함

FRAM의 장점

  • 전체 소비 전력을 최소화하여 데이터를 빠르게 저장
    • MSP430 ADC는 저전력 모드로 작동할 수 있으며 CPU 개입 없이 FRAM에 바로 데이터를 저장할 수 있음
  • MSP430 마이크로컨트롤러에 통합된 FRAM 및 기타 시스템 구성 요소로 인해 전반적인 시스템 크기 감소
  • 1015 쓰기 주기 내구성으로 인해 제품 수명 연장

Eink 디스플레이 모듈 - FRAM 지원 모듈을 사용하여 전자 가격 표시 시스템 등 개발

DLP 디자인의 CEO인 돈 파우리(Don Powrie)는 다음과 같이 말했습니다. "TI FRAM MCU의 고유한 유연성 덕분에 FRAM 내에서 RAM 유형의 메모리와 프로그램 메모리를 분할하고, 적은 공간을 차지하는 고유한 저비용 e-ink 디스플레이 솔루션을 제작할 수 있었습니다. 일반적으로 이러한 양의 RAM을 구현하려면 훨씬 더 큰 MCU가 필요하기 때문에 전반적인 제품 비용이 증가하게 됩니다.“

고객 문제

  • Eink 디스플레이를 업데이트하는 데 필요한 시간이 최소한으로 유지되어야 함
  • 이미지 프레임 버퍼에서 전체 화면 이미지를 빠르게 저장하고 불러오는 기능이 중요함
  • 충분한 RAM을 확보하려면 훨씬 더 크고 비싼 MCU가 필요함

FRAM의 장점

  • Eink 디스플레이를 빠르게 업데이트
  • 산업 표준 플래시 대 RAM 비율이 적합하지 않거나 외부 RAM 버퍼링이 필요할 경우 MCU 비용 감소
  • 전력 손실 시 데이터가 보호됨
Eink 디스플레이

소행성 자원 채굴 – 자원 채굴의 경계를 지구 밖으로 확장

"MSP430 FRAM 마이크로컨트롤러는 우리의 우주선 항공 전자 기기 아키텍처의 핵심 요소입니다. 전력 요구 사항이 극히 적기 때문에 우주선 환경에 매우 적합합니다. 이 요소를 우리의 우주선에 통합하기 위해 TI와 함께 일하는 건 정말 멋진 일이었습니다. 궤도에 오른 우주선의 성능이 정말 기대됩니다.”

고객 문제

  • 원격 시스템의 제한된 리소스
  • 방사능이 기존의 메모리 형태에서 소프트 오류를 유발할 수 있음

FRAM의 장점

  • 고속 저전력 쓰기가 제한된 리소스에서 더 긴 시스템 런타임 지원
  • 알파 입자 및 기타 방사능 형태에 대한 저항 덕분에 데이터가 더 안전하게 보호됨
소행성 자원 채굴

날씨 모니터링 – 현지화된 바람, 온도 및 습도 정보를 실시간으로 제공

"우리는 FRAM 시리즈로 초저전력을 달성하고 펌웨어의 데이터 버퍼링을 간소화하고 있습니다.”

고객 문제

  • 실시간으로 데이터를 제공하다 보면 메모리 제한을 금세 초과
  • 원격 위치에서 사용 가능한 전원이 제한적

FRAM의 장점

  • 다른 비휘발성 메모리 기술을 압도하는 1015회의 쓰기 주기 내구성
  • 에너지 하베스팅 솔루션을 구현하고 배터리 수명을 연장할 수 있는 FRAM MCU의 매우 낮은 능동 및 대기 전류 소비량
날씨 모니터링

경기장 조명 – 가능성 및 소비 전력 재정의

“디바이스에 FRAM이 있다는 점이 선택에 결정적 요인으로 작용했습니다. 우리는 정전과 일관성 없는 전력 척결을 위해 끊임없이 싸워왔기 때문에 기본적인 명령 및 제어 코드를 유지할 수 있는 것이 중요했습니다.”

고객 문제

  • 정전이 발생하면 시스템 시동 시간이 길어져서 큰 문제가 발생할 수 있음
  • 여러 노드의 펌웨어를 업데이트하기가 어려울 수 있음
  • 수천 개의 고정 조명 때문에 에너지 비용이 과도하게 발생할 수 있음

FRAM의 장점

경기장 조명

추천서 제출

FRAM 기술이 설계중인 애플리케이션의 주요 요소입니까? 이 새로운 비휘발성 메모리에 흥미가 있고 공유하고 싶다면 아래 설문을 작성하고 페이지에 게시될 기회를 얻으세요!

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FRAM 기반 MCU

MSP430 MCU(초저전력 마이크로컨트롤러) 제품군은 이제 새로운 FRAM 기반 디바이스 시리즈를 지원합니다. MSP430FRxx FRAM 시리즈는 비휘발성 메모리가 4KB에서 128KB에 이르는 완벽한 디바이스 포트폴리오를 제공합니다.

MSP430FR2033 – 풍부한 IO(입력/출력) 핀과 적은 메모리(최대 16KB FRAM) 풋프린트. 디바이스는 리모콘을 비롯한 애플리케이션의 설계를 간소화하는 특수한 IR(적외선) 변조 로직을 지원합니다.

  • 최대 16MHz
  • 최대 16KB의 비휘발성 FRAM
  • 10채널 10bit ADC
  • IR 변조 로직
  • 최대 60개의 GPIO

MSP430FR2311 – 확장된 아날로그 기능과 적은 메모리(최대 4KB FRAM) 풋프린트. 디바이스는 연산 증폭기, 트랜스임피던스 증폭기(TIA), 콤퍼레이터 및 시스템에서 센서로의 직접 연결을 위한 ADC를 지원합니다.

  • 최대 16MHz
  • 최대 4KB의 비휘발성 FRAM
  • 8채널 10bit ADC
  • 트랜스임피던스 증폭기
  • 소형 패키지(3x3)

MSP430FR2633 – 풍부한 IO(입력/출력) 핀과 적은 메모리(최대 16KB FRAM) 풋프린트 디바이스는 10V RMS의 잡음 내성을 가진 자체 커패시턴스 또는 상호 커패시턴스 설계를 위해 CapTIvate™ 정전식 터치 기술을 지원합니다.

  • 최대 16MHz
  • 최대 16KB의 비휘발성 FRAM

MSP430FR4133 – 초저전력 LCD 컨트롤러 및 풍부한 정전식 터치 지원 IO 핀과 적은 메모리 풋프린트 256세그먼트 LCD 컨트롤러는 저전력 모드에서 일관된 대비를 지원하는 통합 전하 펌프를 탑재하고 있으며, LCD의 하드웨어 레이아웃을 간소화하는 소프트웨어 구성 가능 핀을 지원합니다. 이러한 MCU에서 IR 변조 로직도 사용할 수 있습니다.

  • 최대 16MHz
  • 최대 16KB의 비휘발성 FRAM
  • 업계 최저 전력 LCD 컨트롤러
  • 10채널 10bit ADC
  • IR 변조 로직
  • 최대 60개의 정전식 터치 지원 GPIO

MSP430FR5739 – FRAM 기술을 지원하는 최초의 디바이스 제품군. 이러한 마이크로컨트롤러는 타이머 5개, 12채널 10bit ADC, 그리고 활성 모드에서 시간을 최소화하는 DMA(직접 메모리 액세스)를 제공합니다. 이 시리즈는 또한 MSP430 포트폴리오에서 가장 작게 패키징된 디바이스(24핀 2x2 DSBGA)로 제공됩니다.

  • 최대 24MHz
  • 최대 16KB의 비휘발성 FRAM
  • 12채널 10bit ADC
  • 콤퍼레이터
  • 타이머 5개
  • 직접 메모리 액세스
  • 포트폴리오에서 가장 작은 패키지(DSBGA – 2x2)
  • 최대 33개의 GPIO

MSP430FR5969 – 메모리 풋프린트가 중간 정도(최대 64KB FRAM)이고 전력 소비가 세계에서 가장 적은 MCU 시리즈(코드 이름: Wolverine). 이러한 디바이스는 RTC(실시간 클록)가 지원되는 상태에서 100uA/MHz의 활성 모드 전류, 450nA의 대기 모드 전류를 지원합니다. 이 포트폴리오에는 단일 또는 차동 입력을 받을 수 있는 새로운 16채널 12bit ADC(아날로그-디지털 컨버터)도 포함되어 있습니다. 저전력 모드에서 시간을 연장해 주는 윈도우 콤퍼레이터가 통합되어 있습니다. 이러한 MCU는 256bit AES(Advanced Encryption Standard) 액셀러레이터 및 중요한 데이터를 보호하는 IP(지적 재산권) 캡슐화 모듈도 지원합니다.

  • 최대 16MHz
  • 최대 64KB의 비휘발성 FRAM
  • 16채널 12bit ADC
  • 콤퍼레이터
  • 타이머 5개
  • 직접 메모리 액세스
  • 256bit AES
  • 최대 40개의 GPIO

MSP430FR6989 – 이러한 마이크로컨트롤러는 더 많은 메모리와 통합으로 MSP430FR59x/58x 시리즈를 확장합니다. 이러한 디바이스는 큰 메모리 풋프린트(최대 128KB FRAM), 전하 펌프가 통합된 저전력 320세그먼트 LCD 컨트롤러, 회전 또는 근접도를 측정하는 데 사용되는 새로운 ESI(Extended Scan Interface)를 지원합니다.

  • 최대 16MHz
  • 최대 128KB의 비휘발성 FRAM
  • LCD 컨트롤러
  • 16채널 12bit ADC
  • 콤퍼레이터
  • 확장된 스캔 인터페이스
  • 타이머 5개
  • 직접 메모리 액세스
  • 256bit AES
  • 최대 83개의 GPIO
FRAM 개요 자세히 보기

평가 및 설계

텍사스 인스트루먼트는 애플리케이션에 맞는 FRAM 디바이스를 선택하고 개발을 시작하도록 도와주는 적절한 평가 툴을 보유하고 있습니다. 마이크로컨트롤러(MCU)를 처음 사용하는 분이든, 숙련된 엔지니어이든 상관없이 평가를 바로 시작하거나 MSP430 마이크로컨트롤러(초저전력 MSP430FRxx FRAM 마이크로컨트롤러 시리즈)를 설계에 통합할 수 있습니다. MSP430 FRAM 기반 론치패드 개발 키트는 빠른 평가 또는 신속한 프로토타이핑을 지원하기 위해 시작하는 데 필요한 모든 것을 20달러 미만의 가격으로 제공합니다. 이 저렴한 MCU 플랫폼은 마이크로컨트롤러의 완전한 핀 분리를 지원하는 대상 소켓 보드가 보완해줍니다. 이러한 EVM(평가 모듈)은 MSP430 MCU가 개발자의 시스템에 완벽하게 통합될 수 있게 지원합니다. 이러한 키트는 모두 MSP430 마이크로컨트롤러 프로그래머/디버거, MSP-FET를 사용합니다.

MSP430 FRAM 개발 툴 자세히 보기

 

MSP430RF5969

IDE(통합 개발 환경) 또는 애플리케이션 라이브러리를 사용하여 개발을 바로 시작할 수도 있습니다. TI의 Code Composer Studio 또는 IAR® Embedded Workbench IDE 덕분에 시작하기가 전보다 훨씬 더 간편해졌습니다. 이러한 툴은 애플리케이션에서 정전식 터치 또는 그래픽을 사용할 때 수학 연산 성능을 개선하고 개발을 간소화하는 최적화된 무료 라이브러리가 보완해줍니다. 시장 출시 시기를 단축할 수 있게 해주는 EnergyTrace™ 기술과 같은 옵티마이저도 제공됩니다.

MSP430 FRAM MCU의 소프트웨어 개발 자세히 보기

CCStudio

개발자들이 시스템을 구축하도록 도와주는 레퍼런스 디자인도 제공됩니다. TI 디자인은 시스템을 빠르게 평가하고 사용자 정의하기 위한 방법론, 테스팅 및 설계 파일 등 여러분에게 필요한 기반을 제공합니다. TI 디자인은 시장 출시 시기를 가속화하도록 도와줍니다.

지금 바로 최신 TI 디자인을 확인해 보십시오!

쉬운 마이그레이션 – FRAM 기반 마이크로컨트롤러로 포팅

새로운 메모리 기술을 사용하든, 사용하지 않든 새로운 시리즈로 이동하는 것이 쉽지 않은 일이라는 것을 알고 있습니다. 새로운 FRAM 기반 MCU로 마이크로컨트롤러 애플리케이션을 포팅할 때 고려해야 할 사항에 대한 간단한 요약을 계속 읽어보십시오.

참고:

메모리 외에 더 많은 것을 이해할 수 있도록 선택한 디바이스에 따른 추가적인 부분을 고려해야 합니다. 예를 들어 이전의 MCU 제품군에서는 마이크로컨트롤러의 전력 관리 또는 직렬 통신이 다를 수 있습니다. 또한 몇 가지 아날로그 주변 기기 및 이 다를 수 있습니다. 마이크로컨트롤러 관련 데이터시트와 사용자 가이드를 활용하여 해당 MCU를 완전히 이해하시기 바랍니다. 지금 특정 제품군에 대한 자세한 내용을 알아보려면 다음 문서를 살펴보십시오.

기본 사항

기본 사항

  • FRAM은 비휘발성입니다. 즉, 전원이 꺼졌을 때 콘텐츠를 유지합니다.
  • MSP 마이크로컨트롤러에 내장된 FRAM은 최대 8MHz의 속도로 액세스(읽기 또는 쓰기)할 수 있습니다. 8MHz를 초과하면 FRAM에 액세스할 때 대기 상태가 사용됩니다.
  • FRAM에 쓰고 FRAM에서 읽는 방식은 SRAM과 유사합니다. 쓰기 전 사전 삭제와 같은 설정이나 준비 또는 제어 레지스터의 잠금 해제가 필요 없습니다. (메모리 보호 유닛을 사용하여 쓰기 액세스로부터 FRAM을 보호할 경우 제외)
  • FRAM은 분할되어 있지 않으며 각 비트는 개별적으로 삭제, 쓰기, 주소 지정이 가능합니다.
  • FRAM 세그먼트는 쓰기 전 삭제가 필요하지 않습니다.
  • FRAM에 쓸 때는 전하 펌프가 필요하지 않기 때문에 FRAM 쓰기 액세스는 소비 전력이 낮습니다. FRAM은 SRAM보다 더 많은 전력을 소비하고 약간 더 빠르므로 가장 많이 액세스하는 데이터(예: 애플리케이션 스택)의 경우에는 MSP430FRx MCU에 통합된 SRAM을 사용하시기 바랍니다.
  • FRAM 쓰기는 전체 전압 범위의 MCU에서 수행할 수 있습니다.
  • FRAM 쓰기 속도는 최대 8MBps까지 도달할 수 있으며 일반적인 쓰기 속도는 약 2MBps입니다. 빠른 쓰기 속도는 이 기술의 고유한 특성이며, 다른 비활성 메모리 기술에서 널리 사용되는 삭제 병목 현상을 제거한 덕분입니다. 이에 비해, 삭제 시간을 포함한 일반적인 MSP MCU 플래시 쓰기 속도는 약 14KBps입니다.

MSP430 MCU의 플래시 및 FRAM 비교

매개 변수

FRAM(FR969)

플래시(F5438A)

바이트 또는 워드 프로그램 시간(최대) 120ns 85us(근사치)
세그먼트 삭제 시간(최대) 해당 사항 없음(사전 삭제가 필요 없음) 18ms
프로그램 시 공급 전류(최대) 쓰기 시 추가 전류 필요 없음(유효 전력 사양에 포함) 5mA
삭제 시 공급 전류(최대) 해당 사항 없음(사전 삭제가 필요 없음) 2mA

비휘발성 메모리 최대 읽기 주파수

8MHz

25MHz

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8MHz 이상에서 실행 – 대기 상태 제어 및 명령 실행 속도

8MHz 이상에서 실행 – 대기 상태 제어 및 명령 실행 속도

CPU 또는 DMA의 시스템 클록이 FRAM 액세스 및 주기 시간 요구 사항을 초과할 수 있습니다. 이러한 경우에는 대기 상태 제너레이터 메커니즘이 구현됩니다. 디바이스 관련 데이터 시트의 "권장 작동 조건"에 필요한 대기 상태 설정과 주파수 범위가 나와 있습니다. 대기 상태의 개수는 FRCTL0 레지스터의 NWAITS[2:0] 비트로 제어합니다.

시스템 클록 주파수를 전류 대기 상태 설정에서 허용하는 최대 주파수 이상으로 높이려면 다음과 같은 조치가 필요합니다.
대상 주파수에 따라 NWAITS[2:0]을 구성하여 대기 상태의 개수를 늘립니다.
  • FRCTL0 = FRCTLPW | NWAITS_x
주파수를 새로운 대상으로 높입니다.>

쓰기 시간 관점에서 FRAM은 4워드 블록으로 기록되고, 쓰기 시간은 각 읽기 주기에 들어가 있습니다. 따라서 FRAM 바이트, 워드 또는 4워드 블록의 읽기 시간과 쓰기 시간 사이에는 차이가 없습니다. 읽기 주파수와 관련하여 FRAM 액세스(읽기 및 쓰기 모두)의 한계는 8MHz입니다. 하지만 플래시 읽기는 장치에서 허용하는 최대 속도(fSYSTEM)로 수행될 수 있습니다.
예를 들어 MSP430F4x 마이크로컨트롤러의 경우에는 8MHz 또는 16MHz입니다.

참고: FRAM 기반 시스템의 명령 실행 속도는 아키텍처의 영향을 받습니다. MSP430FRx MCU는 비휘발성 메모리에서 실행될 때 레지스터 및 FRAM 액세스의 조합을 적용하는 양방향 연상 캐시를 사용합니다. 따라서 시스템 처리량이 최대 허용 가능 읽기 주파수인 8MHz보다 높아질 수 있습니다.

MSP430FRx MCU를 사용하여 실행하는 방법에 대한 자세한 내용은 MSP430 FRAM 기술 – 방법 및 모범 사례를 참조하십시오.

메모리 레이아웃 분할

메모리 레이아웃 분할

FRAM 메모리는 프로그램 코드, 변수, 상수, 스택 등에 대한 범용 메모리로 사용할 수 있으므로 메모리를 애플리케이션에 맞게 분할해야 합니다. MSP430용 Code Composer Studio™ 및 IAR Embedded Workbench® IDE를 사용하여 애플리케이션 요구 사항에 따라 기본 FRAM을 최대한 활용하도록 애플리케이션의 메모리 레이아웃을 설정할 수 있습니다. 이러한 메모리 분할 체계는 일반적으로 IDE 관련 링커 명령 파일 내부에 있습니다. 기본적으로 링커 명령 파일은 보통 SRAM에 변수 및 스택을 할당합니다. 그리고 프로그램 코드와 상수는 FRAM에 할당됩니다. 이러한 메모리 분할을 애플리케이션 요구 사항에 따라 이동하거나 크기를 조정할 수 있습니다.

MSP430 FRAM 기술 – 방법 및 모범 사례에서 자세한 내용을 알아보고 IAR Embedded Workbench를 사용한 메모리 분할에 대해 심층적으로 살펴보십시오.

메모리 분할 예


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MSP430FRx 마이크로컨트롤러의 메모리 보호

MSP430FRx 마이크로컨트롤러의 메모리 보호

FRAM은 매우 손쉽게 다시 프로그래밍할 수 있으므로 RAM에서 실행하는 경우와 마찬가지로 코드를 잘못 실행할 경우 애플리케이션 코드를 무심결에 덮어 쓰기도 쉽습니다. FRAM을 실수로 덮어 쓰는 것을 방지하기 위해 메모리 보호가 제공됩니다.

MSP430FR2x/4x MCU는 다음과 같은 두 가지 쓰기 보호 비트를 제공합니다.

SYSCFG0.PFWP – 사용자 프로그램 FRAM 보호
SYSCFG0.PFWP – 사용자 데이터 FRAM(1800h ~ 19FFh) 보호

쓰기 보호 비트가 설정되면 보호되는 FRAM에 대한 모든 쓰기가 차단되지만 잘못된 인터럽트나 재설정이
생성되지는 않습니다.

MSP430FR5x/6x MCU는 MPU(메모리 보호 유닛)를 활용하여 메모리를 보호하며 향상된 유연성을 지원합니다. MPU는 소프트웨어에서 읽기, 쓰기, 실행 중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 보호하도록 정의된 메모리 세그먼트를 모니터링하고 감시합니다. 예를 들어 메모리 블록에 '읽기 전용' 상태가 할당된 경우 해당 블록에 대한 모든 쓰기 액세스가 방지되고 오류 플래그가 지정됩니다. 이는 장치 수명 동안 변경되어서는 안 되는 상수 데이터 또는 애플리케이션 코드를 저장하는 데 유용합니다.

참고: MPU는 장치가 전원 켜짐 또는 재시작에서 들어오는 코드를 실행하기 시작한 후 C 시작 루틴 초반에 main() 루틴이 시작되기 전에 가능한 한 빨리 활성화되어야 합니다.

Code Composer Studio에서 수동으로 또는 여러분의 개발 환경 내에서 마법사를 사용하여 MPU를 설정하는 방법을 자세히 살펴보겠습니다.

MAP 파일을 분석하여 애플리케이션 펌웨어 이미지를 구성하는 메모리 세그먼트인 상수, 변수, no-init, persistent 및 프로그램 코드의 시작 및 크기를 확인합니다.

MSP430 FRAM 기술 – 방법 및 모범 사례에서 자세한 내용을 알아보고 IAR Embedded Workbench를 사용하여 FRAM을 보호하는 방법에 대해 심층적으로 살펴보십시오.

CCS 맵 파일 내 메모리 분할

매개 변수

FRAM(FR969)

플래시(F5438A)

.bss/data 변수 읽기 및 쓰기
.Ti.noinit #pragma MOINIT를 사용하여 정의된 데이터 읽기 및 쓰기
.TI.persistent #pragma MOINIT를 사용하여
#pragma PERSISTENT
읽기 및 쓰기
.sysmem 'malloc' 및 'free'에서 사용하는 힙 읽기 및 쓰기
.const 상수 읽기 전용
.text 프로그램 코드 읽기 및 실행

1) 수동 MPU 구성

다음으로, 소프트웨어의 세 가지 메모리 세그먼트를 보호하도록 MPU를 구성할 수 있습니다. 각 세그먼트는 개별적으로 읽기, 쓰기, 실행 중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 구성할 수 있습니다. 대부분의 애플리케이션은 읽기 및 쓰기로 보호해야 하는 몇 가지 형태의 변수, 읽기 전용이어야 하는 상수, 그리고 읽기 및 실행 전용이 되어야 하는 프로그램 코드를 가지고 있습니다. 세그먼트 경계를 구성하는 방법을 정의하는 Memory Protection Unit Segmentation Border 1(MPUSEGB1) 및 Memory Protection Unit Segmentation Border 2 Register(MPUSEGB2)라는 두 개의 레지스터가 있습니다. 레지스터에 쓰기 전에 주소를 오른쪽으로 4bit 이동해야 합니다.

참고: 최소 MPU 세그먼트 크기 할당은 1KB 또는 0x0400입니다. 자세한 내용은 디바이스 관련 제품군의 사용자 가이드를 참조하십시오.


MPU 메모리 분할 예


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2) 마법사 기반 MPU 구성

Code Composer Studio v6에 내장된 MSP MPU 마법사는 CCS Project Properties를 통해 액세스할 수 있습니다. 이 대화 상자를 열려면 CCS의 Project Explorer 보기에서 프로젝트를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 Properties를 선택하십시오.

Enable Memory Protection Unit(MPU) 확인란을 선택하여 MPU를 활성화합니다. 그런 다음 컴파일러가 애플리케이션 사용에 기반한 메모리 지역을 자동으로 구성하고 분할할 수 있도록 구성이 기본값으로 유지되어야 합니다. 예를 들어 상수가 읽기 전용으로 구성되거나 프로그램 코드가 읽기 및 실행 전용으로 구성됩니다. MPU 마법사를 통해 구성할 경우 여러분이 추가적인 단계를 수행하지 않아도 C 시작 루틴이 main()을 시작하기 전에 MPU를 자동으로 구성하고 활성화합니다.

MSP430 FRAM 기술 – 방법 및 모범 사례에서 자세한 내용을 알아보고 IAR Embedded Workbench를 사용하여 FRAM을 보호하는 방법에 대해 심층적으로 살펴보십시오.


MPU 마법사


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텍사스 인스트루먼트(TI)의 MSP 초저전력 마이크로컨트롤러(MCU)는 광범위한 저전력 및 휴대용 애플리케이션을 위한 완벽한 통합 주변 기기와 최저 전력 소비 기능을 자랑합니다. 여기에는 세그먼트 LCD 드라이버 또는 IR 모듈레이터의 작동을 지원하는 통합과 함께 미터링 MCU 또는 리모콘 설계의 마이크로컨트롤러로 사용하는 경우가 포함될 수 있습니다. TI에서는 MSP 저전력 MCU 제품군에 대한 기술 문서, 교육, 마이크로컨트롤러 개발 키트, 그리고 지금 바로 시작하는 데 필요한 내장 소프트웨어 툴을 포함한 실속 있는 설계 지원을 제공합니다. 따라서 MSP430은 개발을 시작할 때 쉽게 사용할 수 있는 마이크로컨트롤러입니다. 이 저렴한 마이크로컨트롤러는 배터리를 전원으로 사용하는 MCU 애플리케이션을 시작하기에 완벽한 장치입니다.