中级
30 分钟

改善数据存储、速度和可靠性,使用CY15B108Q和MK64FN1M0VDC12

未来的铁电随机存取存储器(FRAM)

Excelon-LP Click with Clicker 2 for Kinetis

已发布 6月 24, 2024

点击板

Excelon-LP Click

开发板

Clicker 2 for Kinetis

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

MK64FN1M0VDC12

通过使用FRAM来提升消费电子产品的用户体验,实现快速启动时间、无缝的应用响应以及在断电状态下的数据保持。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Excelon-LP Click 基于Infineon的CY15B108Q,这是一款具有8Mbit密度的串行铁电(FRAM)模块,包含1024 KB的可用存储空间。该存储模块采用铁电技术制造,相比于传统的EEPROM和FLASH存储模块技术有许多优势。铁电技术仍在开发和完善中,但其主要优势已经得到验证。这项技术利用铁电材料的特性,在暴露后保留电场,类似于铁磁材料保留磁场的方式。这一现象被用来极化FRAM单元并存储信息。需要改进的一个领域是热不稳定性,尤其是在高温下。当铁电材料达到居里温度时,其特性会退化。因此,暴露在高温下可能会损坏FRAM模块的内容。数据手册中说明了这一点:在85˚C工作时,数据保持期减少到10年。在65˚C时,数据保持期超过150年。即便如此,结合总线写入速度下的10^14次读/写循环的耐久性,这种类型的存储器仍然是需要频繁写入非易失性存储位置的应用的理想解决方案。Excelon LP Click 使用SPI通信协议,允许快速串行时钟速率。该设备采用某些保护机制以确保可靠的数据交易并避免意外写入存储器阵列。在写入IC的任何数据之前,必须设置WEL位以修改寄存器或阵列本

身。此位在每次存储器修改指令期间或之后清除。因此,每个存储器修改指令必须以写入使能(WREN)指令为前缀,将此位设置为1。此机制确保只有预期的写入指令会被执行。主机MCU启动与设备的通信,将芯片选择引脚(原理图中的#CS)驱动到低逻辑电平。此引脚路由到mikroBUS™ CS引脚。下一字节信息可以是命令或数据。通常,第一个字节是指令(命令),然后是存储器地址。根据发送的命令,存储器要么写入要么从特定存储器地址读取。此设备上的存储器地址为20位(0x000000到0x0FFFFF),因此通过3个字节发送。在CS引脚驱动到低逻辑电平后,可以发送几条指令代码。这些指令包括写使能、写入存储器阵列、从存储器阵列读取、写状态寄存器、读状态寄存器等。有关命令的完整列表及其详细描述,请参阅CY15B108Q IC的数据手册。使用写入阵列指令时,可以在保持CS线为低逻辑电平的情况下写入整个阵列,因为内部地址指针会随着每个接收的数据字节增加,一旦达到阵列末端(地址0x0FFFFF),内部指针将从开始位置(0x000000)回滚。与传统EEPROM相比,这里可以观察到明显的优

势:在传统EEPROM上,存储器组织成页,通常长256字节,这允许由于固有的写入操作缓慢而对数据进行缓冲。FRAM存储器不使用页,因为存储器的写入速度比SPI总线传递新信息的速度更快(数据以总线速度写入)。因此,不需要缓冲,可以顺序写入整个阵列。CY15B108Q包含写保护特定部分或整个存储器阵列的选项。写保护机制由状态寄存器中的两个位(BP0,BP1)组成。写状态寄存器指令可以设置或重置这些位。BP0和BP1位控制存储器阵列的写保护状态(从四分之一到整个存储器阵列保护)。这些位是非易失性的,其状态在电源循环之间保持。#WP引脚用于锁定状态寄存器。当此引脚驱动到低电平时,无法进一步修改状态寄存器,并且用于更改此寄存器中位的指令(写使能和写状态寄存器)将被完全忽略。将此引脚驱动到低状态有效地作为硬件存储器写保护锁定机制。状态寄存器的WPEN位可以完全关闭此引脚:如果WPEN位被清除(0),此引脚将不影响CY15B108Q IC。#WP引脚路由到mikroBUS™ PWM引脚。

Excelon-LP Click top side image
Excelon-LP Click bottom side image

功能概述

开发板

Clicker 2 for Kinetis 是一款紧凑型入门开发板,它将 Click 板™的灵活性带给您喜爱的微控制器,使其成为实现您想法的完美入门套件。它配备了一款板载 32 位 ARM Cortex-M4F 微控制器,NXP 半导体公司的 MK64FN1M0VDC12,两个 mikroBUS™ 插槽用于 Click 板™连接,一个 USB 连接器,LED 指示灯,按钮,一个 JTAG 程序员连接器以及两个 26 针头用于与外部电子设备的接口。其紧凑的设计和清晰、易识别的丝网标记让您能够迅速构建具有独特功能和特性

的小工具。Clicker 2 for Kinetis 开发套件的每个部分 都包含了使同一板块运行最高效的必要组件。除了可以选择 Clicker 2 for Kinetis 的编程方式,使用 USB HID mikroBootloader 或外部 mikroProg 连接器进行 Kinetis 编程外,Clicker 2 板还包括一个干净且调节过的开发套件电源供应模块。它提供了两种供电方式;通过 USB Micro-B 电缆,其中板载电压调节器为板上每个组件提供适当的电压水平,或使用锂聚合物 电池通过板载电池连接器供电。所有 mikroBUS™ 本

身支持的通信方法都在这块板上,包括已经建立良好的 mikroBUS™ 插槽、重置按钮和几个用户可配置的按钮及 LED 指示灯。Clicker 2 for Kinetis 是 Mikroe 生态系统的一个组成部分,允许您在几分钟内创建新的应用程序。它由 Mikroe 软件工具原生支持,得益于大量不同的 Click 板™(超过一千块板),其数量每天都在增长,它涵盖了原型制作的许多方面。

Clicker 2 for Kinetis dimensions image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

1024

硅供应商

NXP

引脚数

121

RAM (字节)

262144

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
SPI Chip Select
PC4
CS
SPI Clock
PC5
SCK
SPI Data OUT
PC7
MISO
SPI Data IN
PC6
MOSI
Power supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Write Protect
PA10
PWM
NC
NC
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Excelon-LP Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Clicker 2 for PIC32MZ front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Clicker 2 for Kinetis作为您的开发板开始。

Clicker 2 for PIC32MZ front image hardware assembly
Buck 22 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Micro B Connector Clicker 2 - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Flip&Click PIC32MZ MCU step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

此库包含Excelon-LP Click驱动程序的API。

关键功能:

  • excelonlp_send_command - 用于发送操作码命令的功能

  • excelonlp_read_data - 用于读取数据的功能

  • excelonlp_write_memory_data - 用于向存储器写入数据的功能

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * \file 
 * \brief ExcelonLP Click example
 * 
 * # Description
 * This application writes in RAM memory and read from RAM memory.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes Device init
 * 
 * ## Application Task  
 * Reads device ID, writes 6-bytes (MikroE) to memory and reads 6-bytes from memory
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "excelonlp.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static excelonlp_t excelonlp;
static log_t logger;

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    uint8_t out_buf[ 20 ] = { 0 };
    uint8_t cnt;
    
    log_cfg_t log_cfg;
    excelonlp_cfg_t cfg;

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, "---- Application Init ----" );

    //  Click initialization.

    excelonlp_cfg_setup( &cfg );
    EXCELONLP_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    excelonlp_init( &excelonlp, &cfg );
    
    log_printf( &logger, "Read Device ID: " );
    excelonlp_send_command( &excelonlp, EXCELONLP_OPCODE_SET_WRITE_ENABLE_LATCH );
    excelonlp_read_data( &excelonlp, EXCELONLP_OPCODE_READ_DEVICE_ID, out_buf, 9 );

    for ( cnt = 0; cnt < 9; cnt++ )
    {
        log_printf( &logger, " 0x%x - ", out_buf[ cnt ] );
        Delay_100ms();
    }
    log_printf( &logger, "\r\n" );
}

void application_task ( )
{
    uint8_t cnt;
    char memory_data[ 3 ];
    uint8_t send_buffer[ 7 ] = { 'M',  'i', 'k',  'r',  'o',  'E',  0 };
    uint32_t memory_address = 0x00000055;

   log_printf( &logger, "Write MikroE data.\r\n" );
   excelonlp_send_command( &excelonlp, EXCELONLP_OPCODE_SET_WRITE_ENABLE_LATCH );
   for ( cnt = 0; cnt < 6; cnt++ )
   {
        excelonlp_send_command( &excelonlp, EXCELONLP_OPCODE_SET_WRITE_ENABLE_LATCH );
        excelonlp_write_memory_data( &excelonlp, EXCELONLP_OPCODE_WRITE_MEMORY_DATA, memory_address++, send_buffer[ cnt ] );
        Delay_100ms();
   }
   memory_address = 0x00000055;
   log_printf( &logger, "Read memory data: " );
   for ( cnt = 0; cnt < 6; cnt++ )
   {
       memory_data[ cnt ] = excelonlp_read_memory_data( &excelonlp, EXCELONLP_OPCODE_READ_MEMORY_DATA, memory_address++ );
       log_printf( &logger, " %c", memory_data[ cnt ]  );
       Delay_100ms();
   }
   log_printf( &logger, "\r\n \r\n" );
   Delay_ms ( 1000 );
   Delay_ms ( 1000 );
   Delay_ms ( 1000 );
   Delay_ms ( 1000 );
   Delay_ms ( 1000 );
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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