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使用CY15B104Q和STM32G474RE确保数据完整性

FRAM揭示数据处理的未来!

FRAM 2 Click with Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

FRAM 2 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G474RE

利用FRAM的非易失性和快速写入特性,确保关键系统中的数据完整性和响应性。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

FRAM 2 Click基于Infineon的CY15B104Q,这是一款4 Mbit串行铁电(FRAM)模块。它包含4,194,304位的存储器,组织成524,288字节。这意味着存储区包含512 KB的地址空间。这款存储器IC采用铁电技术制造,与用于制造EEPROM和FLASH存储器模块的传统技术相比,具有许多优点。铁电技术仍在不断发展和完善中,但优点已经得到了证明。这种技术利用铁电材料的特性在暴露后保留电场,就像铁磁材料保留其磁场一样。利用这一现象来极化FRAM单元并存储信息。仍然需要改进的一个领域是热稳定性,特别是在高温下。当铁电材料达到居里温度时,其性能会下降。因此,高温可能会损坏FRAM模块的内容。这由数据保留期说明:在85°C工作时,数据保留期缩短到10年。在65°C下,数据保留期可超过150年。但是,结合了在总线写入速度下的1014次读/写周期的耐久性,这种类型的存储器仍然是应用程序中频繁写入非易失性存储器位置的理想解决方案。该Click板使用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来确保可靠的数据传输,并避免意外写入存储器阵列。在写入任何数据到修改寄存器或阵列本身的IC之前,必须设置WEL位。该位在每次内存修改指令之后或期间清除。因此,每个内

存修改指令必须以设置此位为1的写使能(WREN)指令为前缀。这种机制确保只执行预期的写入指令。主MCU启动与设备的通信,驱动芯片选择引脚(原理图上的#CS)到低逻辑电平。此引脚路由到mikroBUS™的CS引脚。下一个字节的信息可以是命令或数据。通常,第一个字节是指令(命令),后面是存储器地址。根据发送的命令,可以写入或读取特定存储器地址的存储器。该设备上的存储器地址为19位(0x00000到0x7FFFF),因此,通过3个字节发送。在将芯片选择引脚驱动到低逻辑电平后,可以发送几个指令代码。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说明,请参阅CY15B104Q IC的数据表。使用写入阵列指令时,可以在将CS线保持为低电平的情况下写入整个阵列,因为内部地址指针将随着接收到的每个数据字节而增加。一旦到达数组的末尾(地址0x7FFFF),内部指针将从开始处(0x00000)回卷。这里可以观察到与传统EEPROM相比的明显优势:在传统EEPROM上,存储器以页面组织,通常为256字节长,这使得由于固有的慢写操作而可以缓冲数据。FRAM存储器不使用页面,因为存储器的写入

速度快于SPI总线可以提供新信息(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。CY15B104Q包括特定部分或整个存储器阵列的写保护。写保护由状态寄存器(B0、B1)中的两个位组成。写状态寄存器指令可以设置或重置这些位。B0和B1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,它们的状态在电源周期之间保持不变。#WP引脚用于锁定状态寄存器。当此引脚被驱动到低电平时,不再对状态寄存器进行进一步的修改,且用于更改该寄存器中位的指令(写使能和写状态寄存器)将完全被忽略。将此引脚驱动到低电平 effectively就像是硬件内存写保护锁定机制。WPEN位可以完全关闭此引脚:如果WPEN位被清除(0),则此引脚不会影响CY15B104Q IC。#WP引脚路由到mikroBUS™的RST引脚,标记为WP。FRAM 2 click允许保持正在进行的通信。如果在串行时钟信号(SCK)的低脉冲上将#HOLD引脚驱动到低逻辑电平,则通信将暂停但不中止。将此引脚驱动到高逻辑电平将恢复数据传输。此引脚路由到mikroBUS™的PWM引脚,标记为HLD。

FRAM 2 Click top side image
FRAM 2 Click bottom side image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G474R MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32G474RE MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G474RE front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

128k

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Write Protect
PC12
RST
SPI Chip Select
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Data Transfer Pause
PC8
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

FRAM 2 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32G474RE MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Nucleo-64 with STM32GXXX MCU Access MB 1 Micro B Conn - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
NECTO Compiler Selection Step Image hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA 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

这个库包含FRAM 2 Click驱动程序的API。

关键函数:

  • fram2_read - 该函数从地址读取内容并保存到缓冲区

  • fram2_write - 该函数将缓冲区中的内容写入地址

  • fram2_read_status - 该函数读取FRAM状态寄存器的内容

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 FRAM2 Click example
 * 
 * # Description
 * This example performs write & read operation to certain register.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initiazlize device and enable write operation.
 * 
 * ## Application Task  
 * Write value 42 to register 0x10 and check if operation was done properly.
 * 
 * *note:* 
 * data_to_write variable is declared as const, so compiler may warn user 
 * about 'suspisuous pointer conversion'. Note it is the case only with this
 * code snippet but user has freedom to use driver functions as he wishes.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "fram2.h"
#include <string.h>

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

static fram2_t fram2;
static log_t logger;

static uint8_t data_to_write[ 3 ] = { '4', '2', 0 };
static uint8_t read_buf [ 32 ];
static uint32_t test_addr;

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    fram2_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.

    fram2_cfg_setup( &cfg );
    FRAM2_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    fram2_init( &fram2, &cfg );
    fram2_default_cfg ( &fram2 );
}

void application_task ( void )
{
    log_info( &logger, "Writing value 42 into register 0x10..." );  
    test_addr = 0x0010;  
    fram2_write( &fram2, test_addr, data_to_write, 3 );
    Delay_ms( 200 );

    log_info( &logger, "Reading from register 0x10..." );
    memset( read_buf, 0, 32 );
    Delay_ms( 500 );
    
    fram2_read( &fram2, test_addr, read_buf, 3 );
    log_printf ( &logger, "Read value: %s\r\n\n", read_buf );
    Delay_ms( 500 );
}

void main ( void )
{
    application_init( );

    for ( ; ; )
    {
        application_task( );
    }
}


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

额外支持

资源

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