淺談不同場(chǎng)景下SQPI PSRAM新型存儲(chǔ)器如何提升STM32性能

　　MCU主頻越來越高，處理能力越來越強(qiáng)大，需要的RAM資源相應(yīng)增加，但片上SRAM采用6T結(jié)構(gòu)，成本較高，不容易做得太大。

　　通常MCU由于管腳數(shù)量的限制，不提供外部RAM擴(kuò)展接口，無法使用并行SRAM或者SDRAM來實(shí)現(xiàn)RAM擴(kuò)展。

　　有些IO口較多的MCU有專用的接口如FSMC來連接SDRAM或并行PSRAM，但會(huì)占用過多的管腳資源和PCB面積。

　 ? 近期新推出的面向IoT領(lǐng)域的新型RAM器件：IPUS公司的SQPI PSRAM （Pseudo SRAM）。它采用DRAM 1T1C的架構(gòu)做memory cell，相比SRAM，單位面積的硅片可以實(shí)現(xiàn)更高的存儲(chǔ)容量，內(nèi)置刷新控制電路使得芯片的接口、協(xié)議等同于普通的SPI SRAM，其接口類似于SPI NOR Flash，MCU可以通過SPI或Quad SPI接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速存取。該器件主要規(guī)格如下：

　　容量16/32/64Mb，支持SPI/Quad SPI接口，最高時(shí)鐘133MHz，1.8V或者3.3V供電。該器件相比市場(chǎng)上的SPI 接口SRAM，具有容量大、速度高、價(jià)格更低的優(yōu)勢(shì)。

　　只要MCU具有SPI或者Quad SPI接口，就可以輕松實(shí)現(xiàn)RAM的擴(kuò)展。該器件已廣泛應(yīng)用于（但不限于）如下產(chǎn)品：

　　1. 在智能音箱、兒童故事機(jī)上的應(yīng)用

　　在入門級(jí)智能音箱或故事機(jī)上增加PSRAM作為語音數(shù)據(jù)的緩存，可以解決用戶端網(wǎng)絡(luò)連接不穩(wěn)定、或帶寬共享被卡或云端大量并發(fā)請(qǐng)求造成的響應(yīng)不及時(shí)所引起的語音播放卡頓/斷續(xù)問題，提升用戶體驗(yàn)。

　　通過SQPI PSRAM在系統(tǒng)中增加RAM資源，能讓原有產(chǎn)品的性能明顯提升的同時(shí)，并可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更多復(fù)雜的諸如DLNA這樣的協(xié)議，在Cortex-M3/4資源下實(shí)現(xiàn)語音喚醒，替代按鍵喚醒，極大地改善用戶體驗(yàn)，提高產(chǎn)品檔次。

　　2. 在高級(jí)指紋識(shí)別儀上的應(yīng)用

　　某生物指紋識(shí)別儀，為了提高檢測(cè)識(shí)別速度和改善用戶體驗(yàn)，需要一次性在一次按壓中抓取多個(gè)指紋圖像（通常為每指紋50KB大小）。系統(tǒng)需要存儲(chǔ)多個(gè)指紋圖像并進(jìn)行相關(guān)圖像處理。采用SQPI PSRAM以后，優(yōu)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，避免了僅僅為了選用具有較大片上SRAM資源的MCU，從而不得不順帶選上其它不必要資源所引起的整體BOM成本上漲的尷尬情況。

　　3. 在移動(dòng)打印機(jī)上的應(yīng)用

　　在移動(dòng)打印機(jī)上，需要通過互聯(lián)網(wǎng)接入云端進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)交互，或者需要做批量的票據(jù)打印，一次上百甚至上千張票據(jù)的打印，這就需要終端具有緩存一定大小的數(shù)據(jù)的能力；有些則要求打印多種報(bào)表格式、并對(duì)打印字體有多樣化要求，從而需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、字體變換等運(yùn)算，需要較大的RAM來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　SQPI PSRAM很好的適應(yīng)了這種應(yīng)用需求，相對(duì)并口器件省電、體積小，容量也合適。

　　4. 用作可穿戴設(shè)備的顯示緩存

　　在最近火熱流行的可穿戴設(shè)備應(yīng)用中，大部分中高端系統(tǒng)都會(huì)采用彩色顯示，或者需要顯示較大的尺寸，或者需要較高的分辨率，這就需要有較大的顯示緩沖RAM。大部分的MCU的片上SRAM資源非常有限，一般僅幾百KB的級(jí)別，此時(shí)通過QSPI PSRAM，就可以很好地滿足了這種需求。

　　5. 在系統(tǒng)OTA在線升級(jí)上的應(yīng)用

　　在基于MCU的相關(guān)系統(tǒng)中，由于RAM資源非常有限，這樣的OTA軟件升級(jí)需要多次傳輸數(shù)據(jù)，給升級(jí)帶來不便。這個(gè)時(shí)候，如果系統(tǒng)帶有16 ~64Mb 的SQPI PSRAM，較大且快速的RAM使得數(shù)據(jù)傳輸可以一次完成。這對(duì)一些需要經(jīng)常自動(dòng)升級(jí)軟件的應(yīng)用而言，是一個(gè)非常好的高性價(jià)比解決方案，簡(jiǎn)化、加速了升級(jí)過程，同時(shí)可以減少現(xiàn)有方案Flash容量加倍的冗余需求。

　　6. 在系統(tǒng)安全保護(hù)上的應(yīng)用

　　系統(tǒng)安全的內(nèi)容之一是防止代碼被拷貝、系統(tǒng)被竊取、修改。傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，程序在 Flash中運(yùn)行，由于Flash的內(nèi)容或掩膜是靜止、不變的，因此，簡(jiǎn)單的磨片、版圖提取等手段，就可能獲取運(yùn)行代碼。

　　一種基于大RAM的系統(tǒng)，從安全的角度可以考慮這樣的設(shè)計(jì)：系統(tǒng)自舉是用簡(jiǎn)單的明碼，其它代碼，是加密后存儲(chǔ)在flash中。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，F(xiàn)lash中的數(shù)據(jù)，解密后轉(zhuǎn)存到PSRAM中，程序從PSRAM中運(yùn)行，當(dāng)程序（或函數(shù)）運(yùn)行結(jié)束時(shí)，可以輕易地再次在PSRAM中加密（用于再次使用）以及銷毀（一次性使用）。其中密鑰可以由MCU的唯一序列號(hào)、PSRAM的唯一序列號(hào)以及隨機(jī)數(shù)并經(jīng)過客戶的定制算法生成，這樣，結(jié)合MCU自身的安全機(jī)制（以STM32為例： 其作為在多個(gè)應(yīng)用上占統(tǒng)治地位的微控制器，擁有讀寫保護(hù)、唯一序列號(hào)、內(nèi)存保護(hù)單元、硬件防火墻、真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、硬件AES及HASH加速器等等先進(jìn)可靠的特性），破解代價(jià)將以幾何級(jí)數(shù)遞增，基本可以讓絕大部分破解者望而卻步。安全更是一個(gè)矛與盾的斗爭(zhēng)永遠(yuǎn)都不會(huì)結(jié)束的話題，上面的討論限于篇幅，無法展開討論。但每當(dāng)一種質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的新產(chǎn)品、新技術(shù)出現(xiàn)（QSPI PSRAM就是其中的一種），就可能幫助客戶實(shí)現(xiàn)一些以前由于種種原因無法去試驗(yàn)的想法和設(shè)計(jì)，甚至引發(fā)相關(guān)領(lǐng)域的革新與革命。當(dāng)變化到來時(shí)，主動(dòng)地去了解和擁抱變化，更有可能讓你的組織和產(chǎn)品立于不敗之地。

　　IPUS SQPI PSRAM，為MCU產(chǎn)品提供了一種高效、靈活、高性價(jià)比的RAM擴(kuò)展方案，為包括語音、圖像處理在內(nèi)的數(shù)據(jù)密集、算法密集類應(yīng)用，提供了全新的解決方案。

　　IPUS的評(píng)估板支持標(biāo)準(zhǔn)的Arduino? 接口，可完美適配大多數(shù)STM32的NUCLEO系列開發(fā)板，相關(guān)的評(píng)估板、驅(qū)動(dòng)和demo程序，請(qǐng)和terry.hao@mipstech.com聯(lián)系，或直接去融創(chuàng)芯城（www.digiic.com）選型和購買IPUS的PSRAM產(chǎn)品，一站式搞定方案！