带RTC的I2C总线铁电存储器FM31256

　　FM31256是由Ramtron公司推出的新一代多功能系统监控和非易失性铁电存储芯片。与其他非易失性存储器比较，它具有如下优点： 读/写速度快，没有写等待时间;功耗低，静态电流小于1 mA，写入电流小于150 mA;擦写使用寿命长，芯片的擦写次数为100亿次，比一般的EEPROM存储器高10万倍，即使每秒读/写30次，也能用10年;读/写的无限性，芯片擦写次数超过100亿次后，还能和SRAM一样读/写。

　　铁电存储器(FRAM)的核心技术是铁电晶体材料。这一特殊材料使铁电存储器同时拥有随机存取存储器(RAM)和非易失性存储的特性。本文介绍了FM31256的主要功能，并具体给出了基于嵌入式C语言编写的存储器读/写程序。

　　1 FM31256的基本结构及原理

　　FM31256由256 KB存储器和处理器配套电路(processor companion)两部分组成。与一般的采用备份电池保存数据不同，FM31256是真正意义上的非易失(truly nonvolatile)存储器，并且用户可以选择对不同的存储区域以软件方式进行写保护。

　　FM31256 器件将非易失FRAM与实时时钟(RTC)、处理器监控器、非易失性事件计数器、可编程可锁定的64位ID号和通用比较器相结合。其中，通用比较器可提前在电源故障中断(NMI)时发挥作用或实现其他用途。采用先进的0.35 μm制造工艺，这些功能通过一个通用接口嵌入到14个引脚的SOIC封装中，从而取代系统板上的多个元件。存储器的读/写以及其他控制功能都通过工业标准的I2C总线来实现。

　　图1为FM31256的原理图。其中，SDA和SCL引脚用于与CPU进行数据交换和命令写入，数据输出部分均具有施密特触发器，以提高抗干扰性能;同时，SDA作为二线接口中的双向信号线，集电极开路输出，可与二线总线上其他器件进行“线或”。A1～A0为器件地址选择信号，即总线上可同时使用4个同类器件。正常模式下，PFI引脚分别为比较器的输入(不可悬空)，CAL/PFO引脚输出PFI引脚的输入信号与1.2 V参考电压之间的比较结果;校准模式下，CAL/PFO引脚将输出512 Hz的方波用于时钟校准。CNT2～CNT1是通过备份电池支持的事件计数器的两路输入端，通过边沿触发启动计数器，触发沿由用户自由选择。

　　图1 FM31256原理图

　　2 FM31256功能及使用方法

　　在FM31256中，有25个特殊功能寄存器(SFR)00H～18H。通过对这些功能寄存器进行操作，可以实现各种功能。

　　2.1 特殊功能寄存器

　　(1) 实时时钟和比较器

　　实时时钟包括晶体振荡器、时钟分频器和寄存器系统。它分割32.768 Hz的时基信号以提供1 s(1 Hz)的分辨率，寄存器(02H～08H)以BCD格式提供秒、分、时、星期、日、月、年信息，用户可对其进行读/写访问。启动时钟前须将SFR中01H地址的OSCEN位(D7)置位，振荡器起振;同时将00H地址的R位(D0)置位，可将时钟数据写入寄存器用于读出。若此时正处于时钟刷新阶段，则由于刷新操作优先于写入寄存器的操作，因而保证了时钟的准确性。重新设置时钟时，只须设定00H地址的W位。