如何利用spi psram提供STM32单片机的性能以及产品应用
2017-10-12 11:28:23
随着STM32单片机主频越来越高，处理能力越来越强，相对应的RAM存储器资源需求变大，
一般单片机上的SRAM采用6T结构，价格成本比较高，容量不适宜做太大，加上STM32单片机由于有管脚数量的限制，不提供外部RAM的拓展接口，不能够直接使用并口SDRAM或者并行psram来实现RAM容量的增加，有些IO口较多的MCU有专门的接口如FSMC来对接SDRAM喝并行psram,但是必然会占用过多的管脚资源跟PCB面积。
以下介绍的是面对IoT领域的新型RAM器件:SQPI PSRAM(Pseudo SRAM)。采用DRAM 1T1C的架构作为MEMORY CELL,对比SRAM，同等面积的单位可以存储容量更大，加上内置的刷新控制电路让芯片的接口跟协议相当于普通的SPI SRAM的功能，其接口相似于SPI NOR FLASH, STM32单片机可以通过SPI或者Quad SPI的接口，做到数据的快速存取。
该器件的主要规格如下：
容量最大可达64Mb.一般有64/32/16Mb.可以使用SPI/Quad SPI接口进行RAM的扩展，供电电压3.3/1.8V,最高时钟为133MHz，
STM32单片机具有SPI或者Quad SPI接口，可以轻松实现RAM的扩展。
该器件已广泛使用于（但不限于）如下产品：
1.在智能音箱、儿童故事机上的使用
通过增加PSRAM作为语音数据的缓存在初级版的智能音箱或者故事机上，可以很好的避免因网络连接不稳定而产生的断续播放，或者因带宽共享产生卡顿或云端接收大量请求而产生响应不及时所导致的播放卡顿，断续问题，从而提高用户体验
通过采用SQPI PSRAM来扩展RAM资源，使得原先产品在性能上有显著的提升，同时可以进一步提升更多复杂的协议如DLNA等，在在Cortex-M3/4资源下实现语音唤醒，取代通过按键唤醒，从使用上大幅度的提高客户使用感受，提升产品档次。
2.在高级指纹识别技术仪上的使用
为了提升检测识别的速度和改善用户体验，生物指纹识别技术仪需要一次性在一次按压中获取多个指纹图像（一般一个指纹容量图像为50kb大小），为了更准确的获取到指纹，系统需要存储多个图像后进行相关处理，如采用SQPI SRAM作为数据存储器，必然优化系统上的规划，可以从成本上避免采购具有较大片上SRAM资源的MCU。
3.在移动打印机上的使用
用过移动打印机都清楚，移动打印机需要通过网络接入云端服务器进行相关的数据交换，或者做大批量次数的票据打印，需要终端具有一定能力的数据缓存处理能力，有些则要求打印多种报表格式、并对打印字体有多样化要求，从而需要进行格式转换、字体变换等运算，需要较大的RAM来储存数据。SQPI PSRAM很好的适应了这种使用需要，相对并口器件省电、体积小，容量也合适。
4.用作可穿戴设备的显示缓存
大部分高端系统的穿戴设备中都会采用彩色显示，或者需要显示较大的尺寸或者更大的分别率以提高清晰度，就需要用较大容量的存储器作为数据缓存，一般
在最近火热流行的可穿戴设备使用中，大部分中高端系统都会采用彩色显示，或者需要显示较大的尺寸，或者需要较高的辨别率，这就需要有较大的显示缓冲RAM。STM32单片机片上SRAM容量几百kb的级别，，而采用QSPI PSRAM来实现ram资源的扩展，就可很好的满足这一类的需求。
5.在系统OTA在线升级上的使用
一般来说OTA软件升级时需要来回多次传输数据，如单片机相关的系统RAM资源有限不足以存储升级时的数据，必然给升级带了不变，如系统上用spi接口扩展了16 ~64Mb 的SQPI PSRAM，那么较大的数据传输就可以一次性完成，这对应经常需要更新升级的软件系统来说是个相对好的解决方案，加速及简化了升级过程，同时减少flash容量的加倍需要。
6.在系统安全保护上的使用
系统安全的内容之一是防止代码被拷贝、系统被窃取、修改。在传统的系统中，程序是放在flash进行运行的，由于flash的内容是静止不变的，容易通过简单的磨片，版图提取等等手段技术就可能获取运行代码
如果系统从安全的角度出发可以考虑这样子的规划，先将系统自举使用简单的代码，其他的代码通过加密后存储在flash中，但系统运行时候，flash存储的数据通过解密后传输到PSRAM存储器存储，并从psram中运行程序，但程序或者（函数）运行结束后，可以再次在psram进行加密（以备下次使用）以及销毁代码（一次性运行代码）。从MCU的唯一序列号和PSRAM的唯一序列号以及随机数并经过客户的定制算法生成其中的密匙，再结合MCU自身的安全机制，以STM32为例其作为在多个使用上占统治地位的微控制器，拥有读写保护、唯一序列号、内存保护单元、硬件防火墙、真随机数发生器、硬件AES及HASH加速器等等先进可靠的特点），以上规划限于篇幅，无法一一展开讨论，如果在这样的规划中使用QSPI PSRAM，必然可以实现某些因种种原因未能实现的性能。
SQPI PSRAM在STM32单片机的RAM资源扩展应用中提供了一种高效、灵活、高性价比的解决方案，为包括语音、图像处理在内的数据密集、算法密集类使用，提供了全新的解决方案。
以下是SPI PSRAM的产品型号，可以参考以下
一般单片机上的SRAM采用6T结构，价格成本比较高，容量不适宜做太大，加上STM32单片机由于有管脚数量的限制，不提供外部RAM的拓展接口，不能够直接使用并口SDRAM或者并行psram来实现RAM容量的增加，有些IO口较多的MCU有专门的接口如FSMC来对接SDRAM喝并行psram,但是必然会占用过多的管脚资源跟PCB面积。
以下介绍的是面对IoT领域的新型RAM器件:SQPI PSRAM(Pseudo SRAM)。采用DRAM 1T1C的架构作为MEMORY CELL,对比SRAM，同等面积的单位可以存储容量更大，加上内置的刷新控制电路让芯片的接口跟协议相当于普通的SPI SRAM的功能，其接口相似于SPI NOR FLASH, STM32单片机可以通过SPI或者Quad SPI的接口，做到数据的快速存取。
该器件的主要规格如下：
容量最大可达64Mb.一般有64/32/16Mb.可以使用SPI/Quad SPI接口进行RAM的扩展，供电电压3.3/1.8V,最高时钟为133MHz，
STM32单片机具有SPI或者Quad SPI接口，可以轻松实现RAM的扩展。
该器件已广泛使用于（但不限于）如下产品：
1.在智能音箱、儿童故事机上的使用
通过增加PSRAM作为语音数据的缓存在初级版的智能音箱或者故事机上，可以很好的避免因网络连接不稳定而产生的断续播放，或者因带宽共享产生卡顿或云端接收大量请求而产生响应不及时所导致的播放卡顿，断续问题，从而提高用户体验
通过采用SQPI PSRAM来扩展RAM资源，使得原先产品在性能上有显著的提升，同时可以进一步提升更多复杂的协议如DLNA等，在在Cortex-M3/4资源下实现语音唤醒，取代通过按键唤醒，从使用上大幅度的提高客户使用感受，提升产品档次。
2.在高级指纹识别技术仪上的使用
为了提升检测识别的速度和改善用户体验，生物指纹识别技术仪需要一次性在一次按压中获取多个指纹图像（一般一个指纹容量图像为50kb大小），为了更准确的获取到指纹，系统需要存储多个图像后进行相关处理，如采用SQPI SRAM作为数据存储器，必然优化系统上的规划，可以从成本上避免采购具有较大片上SRAM资源的MCU。
3.在移动打印机上的使用
用过移动打印机都清楚，移动打印机需要通过网络接入云端服务器进行相关的数据交换，或者做大批量次数的票据打印，需要终端具有一定能力的数据缓存处理能力，有些则要求打印多种报表格式、并对打印字体有多样化要求，从而需要进行格式转换、字体变换等运算，需要较大的RAM来储存数据。SQPI PSRAM很好的适应了这种使用需要，相对并口器件省电、体积小，容量也合适。
4.用作可穿戴设备的显示缓存
大部分高端系统的穿戴设备中都会采用彩色显示，或者需要显示较大的尺寸或者更大的分别率以提高清晰度，就需要用较大容量的存储器作为数据缓存，一般
在最近火热流行的可穿戴设备使用中，大部分中高端系统都会采用彩色显示，或者需要显示较大的尺寸，或者需要较高的辨别率，这就需要有较大的显示缓冲RAM。STM32单片机片上SRAM容量几百kb的级别，，而采用QSPI PSRAM来实现ram资源的扩展，就可很好的满足这一类的需求。
5.在系统OTA在线升级上的使用
一般来说OTA软件升级时需要来回多次传输数据，如单片机相关的系统RAM资源有限不足以存储升级时的数据，必然给升级带了不变，如系统上用spi接口扩展了16 ~64Mb 的SQPI PSRAM，那么较大的数据传输就可以一次性完成，这对应经常需要更新升级的软件系统来说是个相对好的解决方案，加速及简化了升级过程，同时减少flash容量的加倍需要。
6.在系统安全保护上的使用
系统安全的内容之一是防止代码被拷贝、系统被窃取、修改。在传统的系统中，程序是放在flash进行运行的，由于flash的内容是静止不变的，容易通过简单的磨片，版图提取等等手段技术就可能获取运行代码
如果系统从安全的角度出发可以考虑这样子的规划，先将系统自举使用简单的代码，其他的代码通过加密后存储在flash中，但系统运行时候，flash存储的数据通过解密后传输到PSRAM存储器存储，并从psram中运行程序，但程序或者（函数）运行结束后，可以再次在psram进行加密（以备下次使用）以及销毁代码（一次性运行代码）。从MCU的唯一序列号和PSRAM的唯一序列号以及随机数并经过客户的定制算法生成其中的密匙，再结合MCU自身的安全机制，以STM32为例其作为在多个使用上占统治地位的微控制器，拥有读写保护、唯一序列号、内存保护单元、硬件防火墙、真随机数发生器、硬件AES及HASH加速器等等先进可靠的特点），以上规划限于篇幅，无法一一展开讨论，如果在这样的规划中使用QSPI PSRAM，必然可以实现某些因种种原因未能实现的性能。
SQPI PSRAM在STM32单片机的RAM资源扩展应用中提供了一种高效、灵活、高性价比的解决方案，为包括语音、图像处理在内的数据密集、算法密集类使用，提供了全新的解决方案。
以下是SPI PSRAM的产品型号，可以参考以下
| Density | Part Number | Vcc(V) | Speed(MHz) | Bus Modes | Temp. | Package | Packing | Status |
| 64Mbit | RS6404LSQL | 1.8 | 20 | SPI,QPI | -25℃ to 85℃ | 8-SOIC | Tube | MP |
| 64Mbit | IPS6404LSQ | 3 | 20 | SPI,QPI | -25℃ to 85℃ | 8-SOIC | Tube | MP |
| 64Mbit | RS6404LSQ | 3 | 20 | SPI,QPI | -25℃ to 85℃ | 8-SOIC | Tube | MP |
| 64Mbit | IPS6404LSQL | 1.8 | 20 | SPI,QPI | -25℃ to 85℃ | 8-SOIC | Tube | MP |
| 32Mbit | RS3204JSQI T | 1.8 | 20 | SPI,QPI | -40℃ to 85℃ | 8-SOIC | T&R | MP |
| 32Mbit | IPS3204JSQ | 1.8 | 20 | SPI,QPI | 0℃ to 85℃ | 8-SOIC | Tube | MP |
| 32Mbit | RS3204JSQT | 1.8 | 20 | SPI,QPI | -25℃ to 85℃ | 8-SOIC | T&R | MP |
| 32Mbit | RS3204JSQCT | 1.8 | 20 | SPI,QPI | 0℃ to 85℃ | 8-SOIC | T&R | MP |
| 32Mbit | RS3204JSQI | 1.8 | 20 | SPI,QPI | -40℃ to 85℃ | 8-SOIC | Tube | MP |
| 32Mbit | RS3204JSQ | 1.8 | 20 | SPI,QPI | -25℃ to 85℃ | 8-SOIC | Tube | MP |
| 32Mbit | RS3204JSQC | 1.8 | 20 | SPI,QPI | 0℃ to 85℃ | 8-SOIC | Tube | MP |