http://www.easy-soft.tsnet.pl/
PAMI
CI FRAM W ZASTOSOWANIACH
PRAKTYCZNYCH. PAMI
Ć SZEREGOWA FM24C64
Wprowadzenie.
Współcześnie pamięci dzielone są na dwie kategorie. Pierwszą z nich są pamięci nieulotne. Od wielu lat używane
są w aplikacjach w celu zapamiętania pewnych stałych, niezmiennych informacji. Może to być program
realizowany przez mikroprocesor, czy też dla przykładu wzorce znaków wyświetlanych na ekranie wyświetlacza
LCD. Podstawową cechą tego rodzaju pamięci jest stałość przechowywanych informacji również, gdy brak jest
napięcia zasilania. Zazwyczaj zapis pamięci stałej (często zwany jej programowaniem), nawet mimo użycia
technologii EEPROM czy też FLASH EEPROM, jest dosyć trudny i zajmuje dużo czasu, jeśli odnieść to do czasu
odczytu tejże pamięci.
Druga grupa to pamięci ulotne, tak zwane RAM. Są one łatwe do zapisu i pracują bardzo szybko, więc ten rodzaj
pamięci przechowuje dane, które często ulegają zmianie. Przeciwnie do pamięci ROM, dane przechowywane w
pamięci RAM giną po odłączeniu napięcia zasilającego i jeśli konieczne jest z jakiś względów zachowanie
niezmiennego stanu RAM, wymagane jest stosowania pomocniczych z
ródeł zasilania. Jest to swego rodzaju
wyzwanie dla konstruktora układu.
Wad wyżej opisanych układów nie posiada nowy rodzaj pamięci, której technologia wytwarzania przed
kilkunastu laty opuściła laboratoria naukowe. Jest to pamięć FRAM. Skrót nazwy tłumaczy się jako Ferroelectric
Random Access Memory. Oznacza on technologię wytwarzania (uwaga!) nieulotnej pamięci RAM, czyli pamięci
łączącej w sobie szybkość pracy RAM i trwałość ROM.
Pamięci wytwarzane w technologii FRAM dostępne były już przed kilku laty (praktycznie od 1993 roku), ale
zarówno cena jak i dostępny asortyment nie zachęcały do ich stosowania. Jednak w ostatnim czasie technologia
ta przeżywa prawdziwą eksplozję rozwoju. Firmy oferują liczne układy peryferyjne wyposażone w pamięci FRAM
a cena układów gwałtownie spada. Moim zdaniem w przyszłości technologia ta może zastąpić popularną
technologię FLASH EEPROM chyba, że zostanie opracowany jakiś zupełnie nowy rodzaj pamięci.
Czym są pamięci FRAM?
FRAM jest rodzajem pamięci RAM, w której wykorzystano efekt ferroelektryczny do zapamiętywania bitów słowa
danych. Efekt ten, być może znany niektórym studentom politechnik z ćwiczeń w laboratorium fizyki, występuje
w niektórych materiałach krystalicznych i jest zdolnością materiału do przechowywania polaryzacji elektrycznej
również w przypadku nieobecności pola elektrycznego, które tę polaryzację wywołało. Komórka pamięci
tworzona jest poprzez nałożenie materiału ferroelektrycznego w postaci krystalicznej pomiędzy dwa
doprowadzenia płaskich elektrod w taki sposób, aby został utworzony kondensator z materiałem
ferroelektrycznym jako dielektrykiem. Konstrukcja tego kondensatora zbliżona jest do typowej konstrukcji
komórki pamięci DRAM z tym, że zamiast przechowywać informację w postaci naładowanego kondensatora (tak,
jak w typowo robi to komórka pamięci DRAM), bit przechowywany jest w postaci polaryzacji ładunków w
obrębie struktury krystalicznej. W ten sposób  poprzez zmianę polaryzacji ładunków przy pomocy pola
elektrycznego wewnątrz kondensatora, można tworzyć i zapamiętać dwa stabilne stany. Stany te umownie
mogą odpowiadać wartościom logicznym bitów, to jest  zeru i  jedynce .
Prosta zasada działania, niemalże identyczna z tą stosowaną w pamięciach RAM, umożliwia konstrukcję prostych
obwodów zapisu i odczytu komórek pamięci. Jak wspomniano wcześniej, materiał ferroelektryczny zachowuje
polaryzację ładunków pomimo zaniku pola elektrycznego i w związku tym, nie tak jak w pamięciach RAM, dane
mogą być przechowywane w sposób nieulotny. Zbudowana z jego wykorzystaniem komórka pamięci nie
wymaga również okresowego odświeżania.
Pamięć FRAM jest odporna na działania zewnętrznego pola
magnetycznego. Jej zasada działania, nie ma nic wspólnego z
ferromagnetyzmem. Podobny jest jedynie opis zjawiska
fizycznego: w przypadku materiałów ferroelektrycznych
polaryzacji ulegają ładunki, natomiast w przypadku materiałów
ferromagnetycznych  domeny magnetyczne.
Rys.1.Budowa kryształu ferro-
elektrycznego - perowskitu.
J.Bogusz  Pamięci FRAM w zastosowaniach STRONA 1/12
http://www.easy-soft.tsnet.pl/
Praca pamięci FRAM.
Na rysunku 1 przedstawiony jest poglądowy model kryształu ferroelektrycznego o strukturze perowskitu.
Kryształ posiada ruchomy atom w środku swojej struktury (oznaczony kolorem żółtym). Przyłożenie pola
elektrycznego powoduje, że  mobilny atom przesuwa się w kierunku działania sił pola. Odwrócenie polaryzacji
pola powoduje przemieszczanie się atomu w kierunku przeciwnym. Pozycje atomy na  górze i  dole struktury
krystalicznej są stabilne. Atom pozostaje w jednej z nich w przypadku braku pola elektrycznego. Jako komórka
pamięci cyfrowej, taka struktura jest wręcz idealna: posiada dwa stany stabilne, potrzebuje bardzo małej mocy
do zmiany stanu i zachowuje ten stan nawet mimo działania różnych czynników zewnętrznych.
Odczyt.
Mimo, iż podstawowym elementem komórki
pamięci jest kondensator, to jednak bity nie
są zapamiętywane jako ładunek liniowy.
Odczyt takiej komórki pamięci wymaga
detekcji położenia atomu wewnątrz struktury
krystalicznej. Niestety nie może ono być
rozpoznane bezpośrednio i musi tu być
używany pewien  zabieg .
Do kondensatora przykładane jest napięcie.
Na skutek tego pomiędzy jego okładzinami
pojawia się pole elektryczne. Ruchomy atom
przesuwa się zgodnie z kierunkiem działania
pola, lub pozostaje w spoczynku, jeśli jego
położenie jest z nim zgodne. W środku
struktury kryształu występuje stan
równowagi, który utrzymuje pozostałe
atomy w ściśle określonych położeniach sieci
krystalicznej a wypadowe pole elektryczne
jest równe 0. Jeśli ruchomy atom
przemieszcza się, to powoduje zaburzenie,
co skutkuje impulsem energetycznym.
Impuls ten dodaje się do ładunku
zgromadzonego przez kondensator
(pamiętajmy, że opisywane są struktury o
rozmiarach kilkunastu atomów!). Na skutek
tego jedne kondensatory naładowane będą
do wartości ładunku wymuszonej przez pole
elektryczne a inne będą posiadać ładunek
będący kombinacją oddziaływania pola
elektrycznego i ruchu atomu. Mimo, iż
odczyt pamięci wymaga przemieszczenia
atomu, to jednak należy pamiętać o tym, że
atom przebywa bardzo krótką drogę. Jego
położenie zmienia się w czasie 1
nanosekundy (10-9 sekundy) a cała operacja
odczytu zajmuje około 70 nanosekund.
A
atwo na podstawie powyższego opisu
wywnioskować, jak będzie wyglądać obwód
określający stan bitu: będzie to rodzaj
komparatora porównującego ładunek
odebrany z komórki pamięci z pewnym
poziomem odniesienia. Dobrze, a co ze
zmianą polaryzacji ładunku? Przecież
pisałem, że podczas odczytu atom
przemieszcza się wewnątrz struktury. W
związku z przyjętą metodą odczytu,
każdemu cyklowi dostępu do pamięci
towarzyszy rodzaj operacji odświeżania. A co
w związku z tym z czasem dostępu do
pamięci? Czy nie jest przez to odświeżanie
wydłużany? Niestety tak. Wpływ odświeżania
na czas odczytu pamięci FRAM jest znaczny,
ponieważ zajmuje ono aż 50 nanosekund.
Rysunki pochodzące ze strony internetowej firmy RAMTRON.
(http://www.ramtron.com). Od góry:
Zapis.
" zasada działania komórki pamięci,
Operacja zapisu jest bardzo podobna do
" struktura komórki pamięci FRAM,
opisywanego wcześniej odczytu. Inaczej niż
" rozwój technologii produkcji układów.
inne rodzaje pamięci stałych programowane
J.Bogusz  Pamięci FRAM w zastosowaniach STRONA 2/12
http://www.easy-soft.tsnet.pl/
elektrycznie, nie wymaga przyłożenia wysokiego napięcia czy też długiego czasu zapisu. Wewnętrzny obwód
przykłada napięcie do okładzin kondensatora ferroelektrycznego. Powoduje to odpowiednie przemieszczenie
ruchomego atomu i polaryzację kryształów. Jeśli jest to potrzebne, nowe dane po prostu zmieniają stan
polaryzacji kryształu ferroelektrycznego. Tak, jak w przypadku odczytu, zmiana stanu kryształu zajmuje ok. 1
nanosekundy podczas, gdy cała operacja zapisu około 70 nanosekund (7 x 10-8s!). Nieporównywalnie krótki
czas, jeśli odnieść go np. do pamięci FLASH.
Aplikacje.
Główne zalety stosowania pamięci FRAM:
" Cykl zapisu i cykl odczytu zajmują
Oczywiście, w praktyce, wszystkie opisywane wyżej zjawiska nie będą
tyle samo czasu.
obchodzić potencjalnego użytkownika układu. Producenci wyposażając
" Można przeprowadzić ogromną ilość układ peryferyjny w interfejs SPI zwalniają konstruktora od pamiętania o
operacji zapisu i odczytu, ponieważ
fizycznych cechach pamięci. Nieco inaczej jest w przypadku pamięci
pamięć praktycznie nie zużywa się
równoległych  poruszę ten temat w dalszej części artykułu.
(gwarantowane jest 109 cykli zapisu!).
Kiedy po raz pierwszy przeczytałem o upowszechnieniu się technologii
" Do zasilania wymagana jest bardzo
pamięci FRAM, przed oczyma od razu miałem szerokie spektrum aplikacji.
mała moc. Odczyt i zapis pamięci
Po pierwsze, ze względu na bardzo dużą szybkość oraz ogromną liczbę
wymaga jej dokładnie tak samo mało.
cykli zapisu, bardzo zasadne jest użycie tego rodzaju pamięci jako
pamięci masowej w komputerach PC, telefonach komórkowych, aparatach
" W związku z brakiem dodatkowych
fotograficznych i innych urządzeniach elektronicznych. Moim zdaniem
napięć zasilających i konieczności
stosowania dodatkowego z
ródła pamięci tego rodzaju mogą z powodzeniem zastąpić pamięć FLASH w
zasilania pamięci RAM w celu mikrokontrolerach tworząc wspólny obszar pamięci dla danych oraz
podtrzymania zawartości pamięci,
programu. Rzec by można, że im mniejszy będzie kod programu
aplikacja ulega znacznemu
użytkownika, tym więcej pamięci RAM będzie miało do dyspozycji CPU
uproszczeniu.
mikrokontrolera. To nie wszystko: programy będą mogły dynamicznie
modyfikować swój stan podczas pracy mikroprocesora. Moim zdaniem
zupełnie zmieni to podejście do programowania oraz sposób tworzenia
aplikacji. To jest przyszłość. Niestety istnieją jeszcze pewne ograniczenie technologiczne i póki co pamięci FRAM
dzielą się na dwie podstawowe kategorie.
Pierwsza to typowe aplikacje do przechowywania danych. W nich pamięci FRAM służą do zapamiętywania
danych przechowywanych poza systemem. Drugi rodzaj aplikacji jest związany z konstrukcją i opracowywaniem
urządzeń związanych z mikrokontrolerami i mikroprocesorami. Dzięki bardzo dużej szybkości zapisu, pamięci te
mogą być wielokrotnie błyskawicznie zapisywane, znacznie skracając czas potrzebny na testowanie aplikacji
podczas jej uruchamiania. Innym aspektem jest programowanie w czasie produkcji  znaczne skrócenie czasu
zapisu programu obniża koszty wytwarzania urządzenia. Nie jest również konieczne wyposażanie linii
produkcyjnej w specjalne układy programatorów.
Produkty firmy RAMTRON.
Firmą wiodącą na rynku produktów FRAM i praktycznie założoną tylko w celu ich rozwoju oraz
rozpowszechniania jest Ramtron International Corporation z siedzibą w Colorado Springs (USA). Firma założona
została w 1984 roku i po blisko 10 latach prac badawczych, w 1993 roku wprowadziła na rynek pierwszy
produkt komercyjny. Była to pamięć o pojemności 4 kb (kilo - bit). Współcześnie firma jest liderem w dziedzinie
technologii wytwarzania pamięci FRAM, właścicielem wielu patentów z tej dziedziny i oferuje szereg różnych
układów peryferyjnych. Między innymi układy zawierające np. zegar czasu rzeczywistego oraz 256 kb pamięci
FRAM. Krótkie zestawienie jej produktów zawierają tabele 1 i 2.
Sygnali-
RTC z Sygnali-
Nazwa Rodzaj Wielkość Monitor Watch zacja Numer Przełącznik Rodzaj
V RTC funkcją zacja
DD
produktu interfejsu pamięci zasilania Dog zaniku seryjny zasilania obudowy
Alarmu zdarzenia
napięcia
Układy z rodziny 31: pamięć, RTC, układ kontroli, peryferia
FM31256 2.7-5.5V Szer. 2-Wire 256Kb Tak Nie Tak Tak Tak Tak Tak Licznik SOIC14
FM3164 2.7-5.5V Szer. 2-Wire 64Kb Tak Nie Tak Tak Tak Tak Tak Licznik SOIC14
FM3116 2.7-5.5V Szer. 2-Wire 16Kb Tak Nie Tak Tak Tak Tak Tak Licznik SOIC14
FM3104 2.7-5.5V Szer. 2-Wire 4Kb Tak Nie Tak Tak Tak Tak Tak Licznik SOIC14
FM4005 2.7-5.5V Szer. 2-Wire NA Tak Nie Tak Tak Tak Tak Tak Licznik SOIC14
Układy z serii 32: kompatybilne z serią 31 ale bez RTC
FM32256 2.7-5.5V Szer. 2-Wire 256Kb Nie Nie Tak Tak Tak Tak Tak Licznik SOIC14
FM3264 2.7-5.5V Szer. 2-Wire 64Kb Nie Nie Tak Tak Tak Tak Tak Licznik SOIC14
FM3216 2.7-5.5V Szer. 2-Wire 16Kb Nie Nie Tak Tak Tak Tak Tak Licznik SOIC14
FM3204 2.7-5.5V Szer. 2-Wire 4Kb Nie Nie Tak Tak Tak Tak Tak Licznik SOIC14
Pamięć, układ kontrolny, peryferia.
FM30C256 5V Szer. 2-Wire 256Kb Tak Nie Tak Nie Nie Nie Tak - SOIC20
FM3808DK 5V Równoległy 32Kb x 8 Nie Nie No Nie Nie Nie Nie - -
FM3808 5V Równoległy 32Kb x 8 Tak Tak Tak Tak Nie Nie Tak Nie TSOP32
Tabela 1. Układy peryferyjne do systemów z mikroprocesorem.
J.Bogusz  Pamięci FRAM w zastosowaniach STRONA 3/12
http://www.easy-soft.tsnet.pl/
Nazwa Rodzaj Maksymalna
Pojemność V I
DD DD
produktu obudowy szybkość
Z interfejsem szeregowym 2-Wire
FM24C256 256Kb 8SE 1MHz 5V 1.2mA
FM24C64 64Kb 8S 1MHz 5V 1.2mA
FM24CL64 64Kb 8S 1MHz 2.7-3.6V 400uA
FM24C16A 16Kb 8S 1MHz 5V 1.0mA
FM24CL16 16Kb 8S & DFN 1MHz 2.7-3.6V 400uA
FM24C04A 4Kb 8S 1MHz 5V 1.0mA
FM24CL04 4Kb 8S 1MHz 2.7-3.6V 300uA
Z interfejsem szeregowym SPI
FM25L256 256Kb 8S & DFN 25MHz 2.7-3.6V 6mA
FM25W256 256Kb 8S 25MHz 2.7-5.5V 7mA
FM25640 64Kb 8S 5MHz 5V 3.0mA
FM25CL64 64Kb 8S & DFN 20MHz 2.7-3.6V 10mA
FM25L16 16Kb 8S & DFN 20 MHz 2.7-3.6V 10mA
FM25C160 16Kb 8S 5MHz 5V 3mA
FM25CL04 4Kb 8S 20MHz 2.7V-3.6V 3.0mA
FM25040 4Kb 8S 1.8MHz 5V 2.5mA
Z interfejsem równoległym
FM18L08 32Kb x 8 28S, 28P 70ns 3.0-3.6V 15mA
Dystrybutorem RAMTRON w Polsce jest firma:
FM1808 32Kb x 8 28S, 28P 70ns 5V 25mA
CIT International z Wrocławia
FM1608 8Kb x 8 28S, 28P 120ns 5V 15mA
(http://www.citworld.com/, [e-mail])
Tabela 2. Układy pamięci FRAM.
Czas przejść do pokazania praktycznych zastosowań FRAM. Ten rodzaj pamięci mimo dostępności układów oraz
niewątpliwych ich zalet, nie jest jeszcze w naszym kraju zbyt popularny. Wiele z układów FRAM umożliwia
zastąpienie wprost pamięci EEPROM, inne wymagają specjalnych aplikacji a jeszcze inne są całkowicie
unikatowe. Proponuję aby na początek zająć się typową pamięcią szeregową z interfejsem 2-Wire
(kompatybilny z I2C) o pojemności 64 kbit.
Pamięć szeregowa FM24C64 (64 kbit).
Wykonana w technologii FRAM pamięć FM24C64 wyposażona jest w szybki interfejs 2-Wire. Jest ona
funkcjonalnym odpowiednikiem popularnej pamięci EEPROM produkowanej przez wiele firm pod oznaczeniem
24C64 (np. przez firmę Atmel Corp. AT24C64). Jako, że ten rodzaj pamięci jest dobrze znany elektronikom, tu
w skrócie zostaną wymienione cechy pamięci po to, aby zająć się praktyczną realizacją interfejsu
programowego umożliwiającego zapis i odczyt danych:
" Bardzo niski pobór prądu: 150 źA przy zasilaniu 5V, 10 źA w trybie standby.
" Organizacja: 8192 x 8 bit.
" Możliwość wykonania aż 1012 cykli zapisu / odczytu!
" Gwarancja na podtrzymanie zawartości przez 10 lat.
" Brak czasu oczekiwania na zapis / odczyt bajtu (czas dostępu znacznie krótszy od okresu zegara
transmisji interfejsu).
" Częstotliwość sygnału zegarowego interfejsu do 1MHz.
" Kompatybilna z pamięciami EEPROM typu 24C64.
" Interfejs zbliżony funkcjonalnie do I2C (oba tryby: standardowy 100kHz i szybki 400kHz).
Jak wspomniano przy okazji krótkiej charakterystyki cech pamięci, jest ona kompatybilna z popularną pamięcią
EEPROM 24C64. Podobnie jest z programem obsługi: nie wymaga on żadnych specjalnych zabiegów.
Najważniejsza jest różnica funkcjonalna: pamięć FRAM w porównaniu z EEPROM wyróżnia się ogromną wręcz
szybkością zapisu. W związku z tym, że interfejs I2C jest znany z szeregu aplikacji, opis pamięci ograniczę do
krótkiej charakterystyki funkcjonalnej.
Podobnie jak I2C, kompatybilny z nim interfejs 2-Wire wymaga rezystorów zasilających (pull-up) o wartości
minimalnej około 1,8k�. Wartość rezystorów zależy od pojemności połączeń. Przy bardzo krótkich połączeniach
wystarczające mogą być rezystory wbudowane w strukturę np. mikrokontrolera, ale nie polecam rozwiązania
tego typu. Linie interfejsu są dwukierunkowe, transmisja zawsze nadzorowana jest przez układ zarządzający
(master), podczas gdy pamięć jest zawsze układem nadzorowanym (slave). Podobnie jak w I2C linie noszą
nazwę SDA (danych) i SCL (zegarowa). Od I2C przejęto również sygnalizację stanów (potwierdzenie odbioru
danych czy komendy - ACK) oraz polecenia START, STOP.
Po otrzymaniu polecenia START interfejs pamięci oczekuje na 7-bitowy adres oraz bit kierunku transmisji (zapis
/ odczyt). W 8-bitowym słowie adresu, bity 7 do 4 identyfikują rodzaj układu i są predefiniowane przez
J.Bogusz  Pamięci FRAM w zastosowaniach STRONA 4/12
http://www.easy-soft.tsnet.pl/
producenta. Bity 3 do 1 mogą być ustawiane przez użytkownika poprzez zwieranie odpowiednich wyprowadzeń
do potencjałów  1 lub  0 . Najmłodszy bit 0 określa kierunek transmisji (0  zapis, 1  odczyt).
Na listingu 1 umieściłem funkcje obsługi zapisu i odczytu danych. Program w asemblerze 8051 napisany został
na podstawie noty aplikacyjnej firmy Atmel przeznaczonej dla pamięci AT24C64 (dla EEPROM). Jak
wspomniałem wcześniej, oprócz bardzo dużej szybkości działania, pamięć FRAM nie różni się niczym w obsłudze
od swojego odpowiednika EEPROM. Przykładowy program zapisuje dane do pamięci FRAM, odczytuje i
weryfikuje odczytaną zawartość. W przypadku niezgodności linia ERROROUT (w przykładzie jest to P1.4)
przyjmuje stan wysoki. Program z
ródłowy zawiera dużo komentarzy i nie jest zbyt trudny do analizy.
Wymagana jest jedynie elementarna znajomość asemblera mikrokontrolera 8051.
Jacek Bogusz
[e-mail]
J.Bogusz  Pamięci FRAM w zastosowaniach STRONA 5/12
http://www.easy-soft.tsnet.pl/
;------------------------------------------
;Funkcje obsługi pamięci 24C64
;------------------------------------------
;Dla mikrokontrolera z rodziny Intel 8051
;pracującego z zegarem 12MHz
$INCLUDE (REG_51.PDF) ;dołączenie definicji rejestrów uK (kompilator RA-51 Raisonance)
NAME OBSLUGA_AT24C64
FIXEDADDR EQU 0A0H ;stała część adresu pamięci 24C64
USRADDR EQU 0 ;ustawiana przez użytkownika część adresu (wartości 0..7)
MEMSIZE EQU 2000H ;liczba bajtów dla 24C64
PMEMSIZE EQU 32 ;liczba bajtów na stronę pamięci dla 24C64
FILL EQU 0AAH ;wartość używana w funkcji FILL do wypełnienia pamięci
;Definicje funkcji rejestrów
index EQU R0 ;wskaz
nik bufora w pamięci RAM mikrokontrolera
count EQU R1 ;licznik bajtów
zdata EQU R2 ;rejestr bajtu danych
addr_lo EQU R3 ;młodszy bajt adresu bajtu w pamięci 24C64
addr_hi EQU R4 ;starszy bajt - / / - - / / -
;Definicje linii interfejsu
SCL BIT P1.2 ;linia zegara (SCL)
SDA BIT P1.3 ;linia danych (SDA)
ERROROUT BIT P1.4 ;sygnalizacja błędu weryfikacji
;zmienne w pamięci RAM
DSEG AT 20H
buffer: DS PMEMSIZE ;bufor do zapisu / odczytu danych
DSEG AT 60H ;początek stosu
stack: DS 20H ;rozmiar stosu
;tablica wektorów przerwań
CSEG
CODE AT 0000H ;wektor przerwania po RESET
ajmp on_reset
CODE AT 0003H ;zewnętrzne przerwanie INT0
reti
CODE AT 000BH ;przerwanie TF0
reti
CODE AT 0013H ;zewnętrzne przerwanie INT1
reti
CODE AT 001BH ;przerwanie TF1
reti
CODE AT 0023H ;przerwanie od UART
reti
USING 0 ;używany będzie bank rejestrów numer 0
CODE AT 0080H ;początek programu głównego
on_reset:
mov SP,#(stack-1) ;inicjalizacja wskaz
nika stosu
setb SDA ;inicjalizacji linii interfejsu
setb SCL ;SDA = SCL = 1
clr ERROROUT ;ustawienie stanu niskiego wyjścia sygn.błędu
;< przykłady użycia funkcji >
call byte_fill ;wypełnienie pamięci wartością FILL (0AAH)
jc fault ;jeśli ustawiona flaga C, to błąd
call verify_byte_fill ;weryfikacja zawartości
jc fault
call page_fill ;wypełnienie strony pamięci wartością FILL
jc fault ;jeśli ustawiona flaga C, to błąd
call verify_page_fill ;weryfikacja zawartości
jc fault
jmp $
fault:
setb ERROROUT ;sygnalizacja błędu
jmp $ ;pętla nieskończona
;wypełnienie pamięci wartością zadeklarowaną jako FILL
;tryb stronnicowania nie jest wykorzystywany, zapisywany
;jest bajt po bajcie; ustawienie flagi CY wskazuje na przekroczenie
;limitu czasu operacji
;modyfikuje wartości A, B, DPTR, ADDR_HI (R2), ADDR_LO (R3), bit C
byte_fill:
J.Bogusz  Pamięci FRAM w zastosowaniach STRONA 6/12
http://www.easy-soft.tsnet.pl/
mov zdata,#FILL
mov dptr,#0 ;adres początkowy dla operacji zapisu
bf_x1:
mov addr_lo,DPL ;ustawienie adresu bajtu w pamięci 24C64
mov addr_hi,DPH
mov B,#120 ;licznik powtórzeń
bf_x2:
mov A,#USRADDR ;do akumulatora zapisywana jest zmienna część adresu
call write_byte ;próba zapisu
jnc bf_x3 ;skok, jeśli zapis pomyślny
djnz B,bf_x2 ;błąd, ponowna próba zapisu
setb C ;zapis nie powiódł się, sygnalizacja błędu
jmp bf_x4 ;i wyjście
bf_x3:
inc dptr ;następna pozycja w pamięci 24C64
mov A,DPL ;sprawdzenie młodszego bajtu (limitu) dla adresów
cjne A,#(LOW MEMSIZE),bf_x1;powtórnie, jeśli to nie ostatni bajt
mov A,DPH ;sprawdzenie starszego bajtu adresu
cjne A,#(HIGH MEMSIZE),bf_x1 ;powtórnie, jeśli to nie ostatni bajt
clr C ;zerowanie flagi sygnalizacji błędu
bf_x4:
ret ;koniec, pomyślna realizacja funkcji
;weryfikacja bajtów zapisanych w pamięci; odczytuje i sprawdza jeden
;bajt w danym momencie; używana jest funkcja Random Read do sprawdzenia
;zawartości pod pierwszym adresem oraz inicjalizacji wewnętrznego licznika
;adresów; następnie wywoływana jest Current Address Read i sprawdzana krok
;po kroku zawartość pamięci
;modyfikuje wartości A, B, DPTR, ADDR_HI (R2), ADDR_LO (R3), bit C
verify_byte_fill:
mov DPTR,#0 ;inicjalizacja rejestru adresów
mov addr_lo,DPL ;zapamiętanie adresów
mov addr_hi,DPH
mov B,#120 ;liczba powtórzeń
vbf_x1:
mov A,#USRADDR ;załadowanie zmiennej części adresu
call read_random ;próba odczytu
jnc vbf_x2 ;skok, jeśli pomyślna
djnz B,vbf_x1 ;błąd, powtórna próba odczytu
jmp vbf_x6 ;przekroczono limit, wyjście z ustawioną flagą CY
vbf_x2:
cjne A,#FILL,vbf_x6 ;skok, jeśli błąd porównania
jmp vbf_x5 ;następny adres w pamięci
vbf_x3:
mov A, #USRADDR
call read_current ;wywołanie funkcji odczytu bieżącego bajtu
jc vbf_x6 ;skok, jeśli operacja nie powiodła się
cjne A,#FILL,vbf_x6 ;skok, jeśli błąd porównania
vbf_x5:
inc dptr ;następny adres w pamięci
mov A,DPL ;sprawdzenie młodszego bajtu (limitu) dla adresów
cjne A,#(LOW MEMSIZE),vbf_x3 ;powtórnie, jeśli to nie ostatni bajt
mov A,DPH ;sprawdzenie starszego bajtu dla adresów
cjne A,#(HIGH MEMSIZE),vbf_x3 ;powtórnie, jeśli to nie ostatni bajt
clr C ;zerowanie flagi sygnalizacji błędu
ret ;wyjście
vbf_x6:
setb C ;ustawienie flagi sygnalizacji błędu
ret
;wypełnienie strony w pamięci wartością FILL
;modyfikuje wartości A, B, DPTR, ADDR_HI (R2), ADDR_LO (R3), bit C
page_fill:
mov B,#PMEMSIZE ;do B liczba bajtów na stronę
mov index,#buffer ;"index" jako wskaz
nik do bufora w RAM mikrokontrolera
pf_x1:
mov @index,#FILL ;wypełnienie bufora w RAM wartością FILL
inc index
djnz B,pf_x1
;zapis bufora do pamięci 24C64 - jedna strona
mov dptr,#0 ;inicjalizacji wskaz
nika adresów
pf_x2:
mov addr_lo,DPL ;nastawy rejestru adresów
mov addr_hi,DPH
mov count,#PMEMSIZE ;liczba bajtów na stronę
mov B,#120 ;rejestr B jako licznik powtórzeń
pf_x3:
mov A,#USRADDR ;załadowanie programowanej części adresu
call write_block ;próba zapisu
jnc pf_x4 ;skok, jeśli próba pomyślna
J.Bogusz  Pamięci FRAM w zastosowaniach STRONA 7/12
http://www.easy-soft.tsnet.pl/
djnz B,pf_x3 ;ponowna próba zapisu
setb C ;ustawienie flagi sygnalizacji błędu
jmp pf_x6 ;i wyjście
pf_x4:
;dodanie rozmiaru PMEMSIZE do wskaz
nika adresów
mov A,DPL ;dodawanie 2 bajtów (młodszy, póz
niej starszy)
add A,#PMEMSIZE
mov DPL,A
jnc pf_x5
inc DPH ;rozkaz INC DPH zastępuje dodanie do DPH przeniesienia
pf_x5:
cjne A,#(LOW MEMSIZE),pf_x2;jak poprzednio-sprawdzenie adresu
mov A,DPH
cjne A,#(HIGH MEMSIZE),pf_x2
clr C
pf_x6:
ret
;weryfikacja strony zapisanej w pamięci 24C64
;weryfikowana jest jedna strona w danym momencie
;modyfikuje wartości A, B, DPTR, ADDR_HI (R2), ADDR_LO (R3), bit C
verify_page_fill:
;przepisanie strony z pamięci 24C64 do bufora
mov DPTR,#0 ;inicjalizacja licznika adresów
vpf_x1:
mov addr_lo,DPL
mov addr_hi,DPH
mov count,#PMEMSIZE ;liczba bajtów na stronę
mov B,#120 ;licznik powtórzeń
vpf_x2:
mov A,#USRADDR ;zapamiętanie zmiennej części adresu
call read_block ;próba odczytu
jnc vpf_x4 ;skok, jeśli pomyślna
djnz B,vpf_x2 ;ponowna próba odczytu
vpf_x3:
setb C ;ustawienie bitu sygnalizacji błędu
jmp vpf_x7 ;wyjście
vpf_x4:
;weryfikacja zawartości bufora
mov B,#PMEMSIZE ;liczba bajtów na stronę
mov index,#buffer ;zapamiętanie adresu bufora w RAM
vpf_x5:
cjne @index,#FILL,vpf_x3 ;skok, jeśli błąd porównania
inc index ;następna pozycja w buforze
djnz B,vpf_x5
;dodanie PMEMSIZE do wskaz
nika adresu
mov A,DPL ;operacja przeprowadzana jak wyżej
add A,#PMEMSIZE
mov DPL,A
jnc vpf_x6
inc DPH
vpf_x6:
cjne A,#(LOW MEMSIZE),vpf_x1
mov A,DPH
cjne A,#(HIGH MEMSIZE),vpf_x1
clr C
vpf_x7:
ret
;zapis na stronie pamięci zawartości bufora BUFFER ;wywołanie:
;adres 1-go bajtu w ADDR_HI:ADDR_LO, dane do zapisu w BUFFER,
;liczba bajtów w COUNT, zmienna część adresu układu w A
;zwraca CY=1, jeśli magistrala jest zajęta lub pamięć nie odpowiada
;modyfikuje: A, COUNT, INDEX
write_block:
call start ;wysłanie polecenie I2C START
jc wb_x8 ;przerwa, jeśli magistrala jest zajęta
rl A ;zmienna część adresu przesuwana jest na poz. bitów 3:1
orl A,#FIXEDADDR ;dodanie stałej części adresu
clr ACC.0 ;zerowanie bitu numer 0: zapis danych
call shout ;wysłanie adresu pamięci
jc wb_x7 ;jeśli układ nie odpowiada, to błąd i wyjście
mov A,addr_hi ;wysłanie starszego bajtu adresu słowa w pamięci
call shout
jc wb_x7 ;jeśli układ nie odpowiada, to błąd i wyjście
mov A,addr_lo ;wysłanie młodszego bajtu adresu słowa w pamięci
call shout
jc wb_x7 ;jeśli układ nie odpowiada, to błąd i wyjście
mov index,#buffer ;załadowanie do zmiennej INDEX adresu bufora w RAM
wb_x6:
J.Bogusz  Pamięci FRAM w zastosowaniach STRONA 8/12
http://www.easy-soft.tsnet.pl/
mov A,@index ;pobierz bajt
call shout ;wyślij do pamięci 24C64
jc wb_x7 ;jeśli układ nie odpowiada, to błąd i wyjście
inc index ;następna pozycja w buforze
djnz count,wb_x6 ;następny adres w 24C64
clr C ;zerowanie flagi C - sygnalizacji błędu
wb_x7:
call stop ;wysłanie polecenie I2C STOP
wb_x8:
ret
;odczyt jednego bajtu do jednej strony bajtów z pamięci 24C64
;wysyła polecenie Random Read a następnie Sequential Read
;wywołanie: adres 1-go bajtu w ADDR_HI:ADDR_LO, dane zwracane w BUFFER,
;liczba bajtów w COUNT, zmienna część adresu układu w A
;zwraca CY=1, jeśli magistrala jest zajęta lub pamięć nie odpowiada
;modyfikuje: A, COUNT, INDEX
read_block:
;tryb zapisu w celu ustawienia licznika adresów 24C64
call start ;wysłanie polecenia I2C START
jc rb_x5 ;przerwa, jeśli magistrala jest zajęta
rl A ;zmienna część adresu przesuwana jest na poz. bitów 3:1
orl A,#FIXEDADDR ;dodanie stałej części adresu
mov index,A ;zapamiętanie kopii adresu urządzenia
clr ACC.0 ;wybór operacji zapisu
call shout ;wysłanie adresu pamięci
jc rb_x4 ;wyjście, jeśli brak potwierdzenia
mov A,addr_hi ;wysłanie starszej części adresu słowa
call shout
jc rb_x4 ;wyjście, jeśli brak potwierdzenia
mov A,addr_lo ;wysłanie młodszej części adresu słowa
call shout
jc rb_x4 ;wyjście, jeśli brak potwierdzenia
;zmiana trybu na "odczyt" i odczyt bajtów
call start ;powtórne wysłanie polecenia I2C START
jc rb_x4 ;wyjście, jeśli brak potwierdzenia
mov A,index ;odtworzenie adresu pamięci
setb ACC.0 ;kasowanie bitu 0 adresu - odczyt
call shout ;wysłanie adresu na magistralę I2C
jc rb_x4 ;wyjście, jeśli brak potwierdzenia
mov index,#buffer ;do zmiennej INDEX wskazanie do bufora
rb_x1:
call shin ;odbiór bajtu od pamięci
mov @index,A ;zapamiętanie ich w RAM mikrokontrolera
cjne count,#1,rb_x2 ;skok, jeśli to nie ostatni bajt
call NAK ;nie wysyłaj potwierdzenia, ostatni bajt
jmp rb_x3 ;wyjście
rb_x2:
call ACK ;wyślij potwierdzenie
inc index ;następna pozycja w buforze
djnz count,rb_x1 ;następny bajt w pamięci 24C64
rb_x3:
clr C ; clear error flag
rb_x4:
call stop ;wysłanie rozkazu I2C STOP
rb_x5:
ret
;zapis bajtu do pamięci 24C64; wywołanie: adres 1-go bajtu w
;ADDR_HI:ADDR_LO, dane do zapisu w ZDATA, zmienna część adresu
;układu pamięci w A, zwraca CY=1, jeśli magistrala jest zajęta lub
;pamięć nie odpowiada, modyfikuje A
write_byte:
call start ;wysłanie rozkazu I2C START
jc wb_y9 ;wyjście, jeśli brak potwierdzenia
rl A ;zmienna część adresu przesuwana jest na poz. bitów 3:1
orl A,#FIXEDADDR ;dodanie stałej części adresu
clr ACC.0 ;operacja zapisu (b0=0)
call shout ;wysłanie adresu pamięci
jc wb_y8 ;wyjście, jeśli brak potwierdzenia
mov A,addr_hi ;wysłanie starszego bajtu adresu słowa
call shout
jc wb_y8 ;wyjście, jeśli brak potwierdzenia
mov A,addr_lo ;wysłanie młodszego bajtu adresu słowa
call shout
jc wb_y8 ;wyjście, jeśli brak potwierdzenia
mov A,zdata ;pobranie danych z ZDATA do ACC
call shout ;wysłanie danych do pamięci 24C64
jc wb_y8 ;wyjście, jeśli brak potwierdzenia
clr C ;kasowanie znacznika błędu
J.Bogusz  Pamięci FRAM w zastosowaniach STRONA 9/12
http://www.easy-soft.tsnet.pl/
wb_y8:
call stop ;wysłanie rozkazu I2C STOP
wb_y9:
ret
;odczyt bajtu spod bieżącego adresu w pamięci 24C64
;wywoływana ze zmienną częścią adresu w A, zwraca bajt w A
;zwraca CY=1, jeśli magistrala jest zajęta lub pamięć nie
;odpowiada, modyfikuje A
read_current:
call start ;wysłanie rozkazu I2C START
jc rc_x5 ;wyjście, jeśli brak potwierdzenia
rl A ;zmienna część adresu przesuwana jest na poz. bitów 3:1
orl A,#FIXEDADDR ;dodanie stałej części adresu
setb ACC.0 ;operacja odczytu (b0=1)
call shout ;wysłanie adresu pamięci
jc rc_x4 ;wyjście, jeśli brak potwierdzenia
call shin ;odbiór bajtu danych
call NAK ;nie wysyłaj potwierdzenia, koniec operacji
clr C ;kasowanie flagi sygnalizacji błędu
rc_x4:
call stop ;wysłanie rozkazu I2C STOP
rc_x5:
ret
;wywyłanie funkcji Read Random (odczyt swobodny)
;wywoływana ze zmienną częścią adresu w A, adresem bajtu w
;ADDR_HI:ADDR_LO; bajt zwracany w akumulatorze
;zwraca CY=1, jeśli magistrala jest zajęta lub pamięć nie
;odpowiada
read_random:
push B ;zapamiętanie stanu rejestru B na stosie
mov B,A ;zapamiętanie kopii zmiennej części adresu
;tryb zapisu w celu ustawienia licznika adresów 24C64
call start ;wysłanie rozkazu I2C START
jc rr_x7 ;wyjście, jeśli brak potwierdzenia
rl A ;zmienna część adresu przesuwana jest na poz. bitów 3:1
orl A,#FIXEDADDR ;dodanie stałej części adresu
clr ACC.0 ;operacja zapisu (b0=0)
call shout ;wysłanie adresu pamięci
jc rr_x6 ;wyjście, jeśli brak potwierdzenia
mov A,addr_hi ;wysłanie starszego bajtu adresu słowa
call shout
jc rr_x6 ;wyjście, jeśli brak potwierdzenia
mov a,addr_lo ;wysłanie młodszego bajtu adresu słowa
call shout
jc rr_x6 ;wyjście, jeśli brak potwierdzenia
;wywołanie funkcji Call Current Address Read
mov A,B ;odtwórz zmienną część adresu
call read_current
jmp rr_x7 ;wyjście
rr_x6:
call stop ;wysłanie rozkazu I2C STOP
rr_x7:
pop B ;odtworzenie stanu rejestru B
ret
;wysłanie polecenie I2C START (SDA = "1" -> "0" przy SCL = "1")
;powrót z SCL = SDA = 0, zwraca CY = 1, jeśli magistrala jest zajęta
start:
setb SDA
setb SCL
;sprawdzenie zajętości magistrali I2C
jnb SDA,st_x0 ;skok, jeśli SDA <> "1"
jnb SCL,st_x0 ;skok, jeśli SCL <> "1"
nop ;czas na ustalenie się linii
clr SDA ;zmiana stanu SDA (SDA -> "0" przy SCL = "1")
nop ;opóz
nienie
nop
nop
clr SCL ;zmiana stanu SCL (SCL -> "0" przy SDA = "0")
clr C ;kasowanie flagi sygnalizacji błędu
jmp st_x1
st_x0:
setb c ;ustawienie flagi sygnalizacji błędu
st_x1:
ret
;wysłanie rozkazu I2C STOP (SDA = "0" -> "1" przy SCL = "1")
;spodziewane jest SCL = "0", powrór z SDA = SCL = "1"
J.Bogusz  Pamięci FRAM w zastosowaniach STRONA 10/12
http://www.easy-soft.tsnet.pl/
stop:
clr SDA
nop ;czas na ustalenie SDA
setb SCL ;SCL -> "1" przy SDA = "0"
nop ;czas na ustalenie
nop
nop
setb SDA ;zmiana SDA -> "1"
ret
;wyprowadzenie bajtu przez SDA w takt SCL (najbardziej znaczący
;bit wyprowadzany jest jako pierwszy); wywoływana z bajtem do
;wysłania w A, zwraca CY = 1, jeśli magistrala jest zajęta
shout:
push B ;zapamiętanie stanu rejestru B na stosie
mov B,#8 ;rejestr B jako licznik wysyłanych bitów
sho_x2:
rlc A ;przesunięcie bajtu w lewo i przeniesienie najstarszego
;bitu dla flagi C
mov SDA, c ;wyprowadzenie bitu
nop ;czas na ustalenie się wyjścia mikrokontrolera
setb SCL ;zmiana SCL ___|```
nop ;czas na ustalenie
clr SCL ;zmiana SCL ```|___
djnz B,sho_x2 ;następny bit
setb SDA ;ustawienie SDA = "1" dla odbioru ACK
nop ;czas na ustalenie się pamięci
setb SCL ;narastające zbocze SCL
nop ;czas na ustalenie
mov C,SDA ;odczyt bitu ACK
clr SCL ;zmiana SCL "1" -> "0"
pop B ;odtworzenie stanu rejestru B
ret
;odczyt 8 bitów, kompletacja słowa danych (z postaci szeregowej na równoległą)
;jako pierwszy wprowadzany jest najbardziej znaczący bit, bajt zwracany jest w A
shin:
setb SDA ;SDA jak wejście
push B ;zapamiętanie stanu rejestru B na stosie
mov B,#8 ;rejestr B jako licznik wysyłanych bitów
shi_x3:
nop ;czas na ustalenie się linii danych
setb SCL ;narastające zbocze SCL
nop
mov C,SDA ;odczyt linii danych
rlc A ;wprowadzenie bitu do akumulatora na najmłodszą pozycję
clr SCL ;opadające zbocze SCL
djnz B,shi_x3 ;następny bit
pop B ;odtworzenie stanu rejestru B
ret
;wysłanie potwierdzenia (stan niski linii SDA)
ACK:
clr SDA ;wysłanie ACK
nop ;czas na ustalenie
setb SCL ;narastające zbocze sygnału SCL
nop ;czas na ustalenie
clr SCL ;opadające zbocze SCL
ret
;wysłanie "nie-potwierdzenia"
NAK:
setb SDA ;ustawienie NAK
nop ;czas na ustalenie
setb SCL ;narastające zbocze sygnału SCL
nop ;czas na ustalenie
clr SCL ;opadające zbocze SCL
ret
END
Listing 1. Funkcje obsługi pamięci 24C64 w języku asembler 8051.
J.Bogusz  Pamięci FRAM w zastosowaniach STRONA 11/12