隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和邊緣計(jì)算的發(fā)展，設(shè)計(jì)人員正不斷探索新的架構(gòu)來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的性能需求。為了支持更復(fù)雜的用例，如高端圖形處理、音頻處理或機(jī)器學(xué)習(xí)，越來(lái)越多的設(shè)計(jì)開(kāi)始采用外部閃存作為擴(kuò)展方案。這一趨勢(shì)不僅受到復(fù)雜應(yīng)用需求的驅(qū)動(dòng)，也得益于獨(dú)立內(nèi)存價(jià)格的顯著下降。使用外部存儲(chǔ)器可以有效擴(kuò)展嵌入式系統(tǒng)中的代碼和數(shù)據(jù)空間，因?yàn)橥獠块W存能夠直接集成到MCU的存儲(chǔ)器映射中，實(shí)現(xiàn)直接讀取和用于數(shù)據(jù)記錄或軟件存儲(chǔ)及執(zhí)行。

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品制造商而言，采用外部閃存在高性能應(yīng)用中帶來(lái)了諸多優(yōu)勢(shì)，包括存儲(chǔ)容量選擇的靈活性以及設(shè)計(jì)面向未來(lái)的可能性。當(dāng)開(kāi)發(fā)人員需要增加新功能時(shí)，只需簡(jiǎn)單地更換為引腳兼容的大容量?jī)?nèi)存，而無(wú)需重新設(shè)計(jì)整個(gè)電路板。此外，這種方法還允許制造商采用統(tǒng)一平臺(tái)策略，降低開(kāi)發(fā)成本并加快上市速度。

然而，使用外部存儲(chǔ)器并非沒(méi)有挑戰(zhàn)。訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器會(huì)引入額外延遲，盡管可以通過(guò)使用四通道或八通道SPI接口以及精心管理緩存來(lái)緩解這一問(wèn)題。同時(shí)，外部存儲(chǔ)器還會(huì)帶來(lái)輕微的功率消耗增加和額外的成本。在PCB設(shè)計(jì)方面，也需要考慮信號(hào)完整性和布線復(fù)雜性的問(wèn)題。但這些挑戰(zhàn)并未阻礙其廣泛應(yīng)用，尤其是在需要高帶寬和快速響應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景下，如圖形、音頻處理和數(shù)據(jù)記錄。

對(duì)于微控制器（MCU）制造商來(lái)說(shuō)，將MCU與存儲(chǔ)器分離意味著可以轉(zhuǎn)向更先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)，從而提升性能、功能和能效，同時(shí)降低成本。因此，大多數(shù)MCU制造商現(xiàn)在都集成了四通道或八通道SPI接口，并支持就地執(zhí)行（XiP）功能，使得MCU能夠無(wú)縫連接NOR閃存器件。某些MCU還支持動(dòng)態(tài)解密（DOTF），允許加密圖像安全地存儲(chǔ)在外置閃存中并導(dǎo)入執(zhí)行，確保了邊緣應(yīng)用所需的高性能、低功耗和高級(jí)安全性。

瑞薩電子RA系列MCU：優(yōu)化外部存儲(chǔ)器接口與安全特性

瑞薩電子的RA系列MCU專為解決上述挑戰(zhàn)而設(shè)計(jì)，它們不僅集成了嵌入式閃存，還提供了多個(gè)與外部存儲(chǔ)器連接的接口選項(xiàng)，以實(shí)現(xiàn)最大的靈活性和性能。特別是，所有RA8系列MCU都配備了符合eXpanded串行外設(shè)接口（xSPI）標(biāo)準(zhǔn)的八通道SPI接口，該接口支持高達(dá)200MB/s的數(shù)據(jù)吞吐量，極大提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。這使得RA系列MCU特別適合于需要快速內(nèi)存訪問(wèn)的應(yīng)用，如圖形、音頻或數(shù)據(jù)記錄。例如RA8M1系列首款基于 Arm ? Cortex ? -M85 (CM85) 內(nèi)核的 32 位微控制器 (MCU)，在 480 MHz 下提供超過(guò) 3000 CoreMark 點(diǎn)的突破性性能，具有完全確定性、低延遲、實(shí)時(shí)操作，可滿足客戶最苛刻的應(yīng)用需求。這些是通用 MCU 設(shè)備，可滿足工業(yè)自動(dòng)化、家用電器、智能家居、消費(fèi)電子、樓宇/家居自動(dòng)化和醫(yī)療/保健市場(chǎng)領(lǐng)域的各種高性能和計(jì)算密集型應(yīng)用。

Octal SPI接口的功能亮點(diǎn)

協(xié)議：遵循JEDEC標(biāo)準(zhǔn)JESD251（Profile 1.0和2.0）、JESD251-1和JESD252。

支持的存儲(chǔ)器類型：包括八通道閃存和RAM、HyperFlash和HyperRAM。

數(shù)據(jù)吞吐量：最高可達(dá)每秒200MB。

數(shù)據(jù)傳輸/接收：支持最多兩個(gè)從站通信，而非并發(fā)通信。

操作模式：支持就地執(zhí)行（XiP）。

工作模式：

SDR/DDR模式下的1/4/8針配置（例如，1S-1S-1S、4S-4D-4D、8D-8D-8D）。

SDR模式下的2/4針配置（例如，1S-2S-2S、2S-2S-2S、1S-4S-4S、4S-4S-4S）。

內(nèi)存映射：每個(gè)片選（CS）最多支持256MB地址空間，具備預(yù)取功能以減少突發(fā)讀取延遲，以及優(yōu)秀的緩沖區(qū)用于高吞吐量的突發(fā)寫入。

安全性：部分RA8 MCU支持動(dòng)態(tài)解密（DOTF），增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。

除了內(nèi)部閃存和外部存儲(chǔ)器接口外，RA8 MCU還包括緊密耦合存儲(chǔ)器（TCM）和I/D緩存，有助于進(jìn)一步優(yōu)化性能。TCM是一種零等待狀態(tài)內(nèi)存，具有最低延遲，適用于存放代碼的關(guān)鍵部分。這種組合使RA系列MCU能夠在保證高性能的同時(shí)，提供靈活且可擴(kuò)展的存儲(chǔ)解決方案。

多種靈活的存儲(chǔ)配置

內(nèi)部嵌入式閃存執(zhí)行：代碼存儲(chǔ)并在內(nèi)部嵌入式閃存中執(zhí)行，這種方式簡(jiǎn)單、低延遲、高度安全且節(jié)能，但不具備擴(kuò)展性。

外部閃存執(zhí)行（XiP）：代碼存儲(chǔ)在外部flash中并在外部flash執(zhí)行，這是最靈活和可擴(kuò)展的選擇，但可能會(huì)略微增加功耗和延遲。

外部閃存加載至內(nèi)部SRAM或TCM執(zhí)行：此方法提供最高性能，因?yàn)榇a是在快速的SRAM中執(zhí)行，不過(guò)受限于SRAM大小，并可能增加軟件復(fù)雜性和喚醒時(shí)間。

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