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作者：Microchip Technology Inc.存儲器產(chǎn)品部主任應用工程師Hardik Patel 物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設備正迅速引入各大市場(chǎng)，從家用電器到醫療設備、再到汽車(chē)，應用范圍十分廣泛；制造商必須通過(guò)不斷創(chuàng )新和靈活地采用或集成新技術(shù)來(lái)領(lǐng)先于競爭對手。為了滿(mǎn)足新功能的需求和新法規的要求，設計人員必須將靈活性納入其產(chǎn)品中，以適應不斷發(fā)展的IoT生態(tài)系統。固件更新不僅能夠在客戶(hù)現場(chǎng)的初始部署期間進(jìn)行定制，還可以在產(chǎn)品部署到現場(chǎng)后添加新功能/特性，并且支持在使用過(guò)程中修復任何固件問(wèn)題。NOR閃存等非易失性存儲器件具有可重復編程能力且可靠性極高，通�？捎米鞴碳a存儲介質(zhì)。通過(guò)重新編寫(xiě)器件固件代碼（位于器件使用的非易失性存儲器中）的一部分，制造商可輕松更新器件功能。想要更新固件時(shí)，有三件事情需要考慮：更新哪些/多少代碼、更新頻率以及執行更新所需的時(shí)間（速度）。 更新哪些/多少固件代碼 在IoT設備的初始設計階段，必須考慮更新哪些/多少固件代碼。相對于不可更新部分，固件的可更新部分必須存儲在NOR閃存器件的獨立區域中。更新NOR閃存的任何片段都需要先擦除存儲器的這一部分，然后將新信息編程到該部分中。NOR閃存分為稱(chēng)為扇區和塊的多個(gè)部分，它們的大小各有不同。NOR閃存器件（如采用SST SuperFlash®技術(shù)的器件（部件編號SST26VF064B（64 Mb）））分為多個(gè)均一的4 KB扇區，各個(gè)扇區可單獨擦除和重新編程（4 KB = 4 * 1024 * 8位 = 32,762位）。它還可分為更大的8 KB、32 KB和64 KB塊，這些塊也可單獨擦除。因此，一個(gè)8 KB塊有2個(gè)扇區，一個(gè)32 KB塊有8個(gè)扇區，一個(gè)64 KB塊有16個(gè)扇區。圖1給出了采用8 KB/32 KB/64 KB塊的SST26VF064B的存儲器構成。各個(gè)塊也可以單獨進(jìn)行保護。在對閃存的任何部分執行任何更新前，必須取消保護該部分中的塊，以允許擦除和編程操作。完成更新后，謹慎地再次對這些塊進(jìn)行保護，以避免意外寫(xiě)入或擦除這些區域。固件的可更新部分必須以足夠靈活的方式劃分為扇區和塊，以便同時(shí)支持有限數量和最大數量的特性/功能更新。由于執行更新的速度由需要擦除和重新編程的扇區和塊數決定，因此在組織固件的可更新部分時(shí)，最好同時(shí)考慮速度和靈活性。圖2給出了將存儲器組織為可更新和不可更新部分的示例。引導代碼等不可更新部分存儲在受保護區域中。固件的可更新部分（如特性/功能）根據靈活性要求分為較小的塊或較大的塊�？筛碌溺R像文件存儲在較大的塊中，可更新的變量/參數存儲在較小的塊中。 
Flexibility to Update Firmware Memory Map 靈活更新固件存儲器映射 Top of Memory Block 存儲器塊頂部 2 Sectors for 8 KB Blocks 8 Sectors for 32 KB Blocks 16 Sectors for 64 KB Blocks 8 KB塊對應2個(gè)扇區，32 KB塊對應8個(gè)扇區，64 KB塊對應16個(gè)扇區 Bottom of Memory Block 存儲器塊底部 圖1：SST26VF064B的存儲器構成（映射）——由8個(gè)8 KB塊、2個(gè)32 KB塊和126個(gè)64 KB塊組成
Organizing the memory in non-updatable portions 將存儲器組織為多個(gè)不可更新部分 Non-updatable area e.g. boot code (keep it protected) 不可更新區域，例如引導代碼（進(jìn)行保護） Updatable area e.g. features/functions code 可更新區域，例如特性/功能代碼 Updatable area e.g. images files 可更新區域，例如鏡像文件 Updatable area e.g. parameter/variable data (Allocate enough blocks to increase endurance) 可更新區域，例如參數/變量數據（分配足夠的塊以提高耐擦寫(xiě)次數） 圖2：將存儲器組織為多個(gè)不可更新部分（例如：引導代碼）和可更新部分（例如：功能/特性代碼、鏡像文件代碼和參數變量代碼） 更新頻率 固件更新頻率的主要限制是應用中所使用存儲器的耐擦寫(xiě)次數限制。SuperFlash技術(shù)存儲器（如SST26VF064B）的耐擦寫(xiě)次數可達100,000次，這意味著(zhù)每個(gè)扇區可編程和擦除100,000次。固件可以更新100,000次聽(tīng)起來(lái)很多；然而，許多IoT設備會(huì )在使用期間收集數據并將信息存儲在NOR閃存中，因此在計算最大耐擦寫(xiě)次數限制時(shí)必須考慮這一點(diǎn)�？紤]到耐擦寫(xiě)次數，必須在存儲器中分配足夠多的扇區。下面將舉例說(shuō)明：假設IoT設備正在收集和存儲16個(gè)字節的信息，并且信息預計在產(chǎn)品的使用壽命期間收集和存儲1億次�？梢园慈缦路绞接嬎銘敺峙涞纳葏^數： 1個(gè)扇區 = 4 KB 假設扇區中的所有地址單元用于存儲信息（一次存儲16個(gè)字節的數據），然后寫(xiě)入到一個(gè)新的地址單元，直至達到扇區末尾（例如，0x0000-0x000F、0x0010-0x001F、0x0020-0x002F等） 由于4 KB/16字節 = 256，這即是達到扇區容量并擦除扇區中任何數據之前可以寫(xiě)入存儲介質(zhì)的次數 1個(gè)扇區的耐擦寫(xiě)限值 = 100,000次 因此，如果1個(gè)扇區可以寫(xiě)入256次且耐擦寫(xiě)次數為100,000次，則可以收集和存儲數據2560萬(wàn)次 如果一個(gè)應用需要收集和存儲數據1億次，則要分配的扇區數量為100,000,000/25,600,000 = 3.9。因此，在本例中，需要分配4個(gè)扇區以在應用的生命周期內存儲16個(gè)字節的數據。 IoT設備工程師需要進(jìn)行類(lèi)似的計算，以便為數據記錄參數分配足夠多的扇區和塊，以免超出其N(xiāo)OR閃存器件的耐擦寫(xiě)限值。 更新速度 可根據需要擦除和重新編程的塊和扇區數來(lái)計算更新速度。假設需要重新編程SST26VF064B的幾個(gè)64 KB塊中存儲的1 Mb、2 Mb或4 Mb固件代碼/數據。代碼/數據可以由固件代碼、鏡像文件或需要更新的其他代碼組成。更新過(guò)程涉及對閃存執行一系列命令指令。序列將從取消保護存儲器塊開(kāi)始，然后擦除這些塊、用更新的數據/代碼進(jìn)行編程，最后重新進(jìn)行保護。對于SST26VF064B，更新1 Mb/2 Mb/4 Mb存儲器所需的指令序列如表1所示。從表1中可以看出，兩個(gè)最重要的時(shí)間是擦除時(shí)間和編程時(shí)間。SST26VF064B采用可提供出色擦除性能的SuperFlash技術(shù)。SuperFlash技術(shù)與傳統閃存的擦除和編程性能的比較如表2所示。與傳統閃存相比，SuperFlash技術(shù)提供的優(yōu)異擦除性能對于縮短更新時(shí)間非常有用。SST26VF064B支持的最大時(shí)鐘頻率為104 MHz，最大扇區擦除時(shí)間為25 ms，最大塊擦除時(shí)間為25 ms，最大頁(yè)編程時(shí)間為1.5 ms。此外，從發(fā)出每條命令指令到閃存以104 MHz時(shí)鐘頻率工作，中間還需要12 ns延時(shí)（CE高電平時(shí)間）。表1所示的命令序列與編程和擦除時(shí)間的知識結合使用時(shí)，可計算更新1 Mb/2 Mb/4 Mb SuperFlash技術(shù)存儲器和傳統閃存所需的時(shí)間，具體方法分別如表3和表4所示。這些計算必須由IoT設備工程師完成以估算執行更新的速度，目的是最大程度縮短更新期間的IoT設備停機時(shí)間。 表1：更新1 Mb/2 Mb/4 Mb存儲器的閃存命令指令序列
表2：SST26VF064B和傳統閃存的編程和擦除時(shí)間
表3：更新1 MB/2 Mb/4 Mb SuperFlash技術(shù)存儲器所需的時(shí)間
表4：更新1 MB/2 Mb/4 Mb傳統閃存所需的時(shí)間
結論 IoT設備設計工程師需要在更新應用程序代碼和數據時(shí)提供一定的靈活性。更新哪些/多少代碼、更新頻率和更新速度是設計IoT設備時(shí)需要解決的問(wèn)題。非易失性存儲器的選擇會(huì )影響這些問(wèn)題，并在計算代碼更新的時(shí)間和速度方面起到關(guān)鍵作用。 |
