單芯片解決方案，開(kāi)啟全新體驗(yàn)——W55MH32 高性能以太網(wǎng)單片機(jī)

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網(wǎng)單片機(jī)，它為用戶(hù)帶來(lái)前所未有的集成化體驗(yàn)。這顆芯片將強(qiáng)大的組件集于一身，具體來(lái)說(shuō)，一顆W55MH32內(nèi)置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達(dá)216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿(mǎn)足存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協(xié)議棧、內(nèi)置MAC以及PHY，擁有獨(dú)立的32KB以太網(wǎng)收發(fā)緩存，可供8個(gè)獨(dú)立硬件socket使用。如此配置，真正實(shí)現(xiàn)了All-in-One解決方案，為開(kāi)發(fā)者提供極大便利。

在封裝規(guī)格上，W55MH32 提供了兩種選擇：QFN100和QFN68。

W55MH32L采用QFN100封裝版本，尺寸為12x12mm，其資源豐富，專(zhuān)為各種復(fù)雜工控場(chǎng)景設(shè)計(jì)。它擁有66個(gè)GPIO、3個(gè)ADC、12通道DMA、17個(gè)定時(shí)器、2個(gè)I2C、5個(gè)串口、2個(gè)SPI接口（其中1個(gè)帶I2S接口復(fù)用）、1個(gè)CAN、1個(gè)USB2.0以及1個(gè)SDIO接口。如此豐富的外設(shè)資源，能夠輕松應(yīng)對(duì)工業(yè)控制中多樣化的連接需求，無(wú)論是與各類(lèi)傳感器、執(zhí)行器的通信，還是對(duì)復(fù)雜工業(yè)協(xié)議的支持，都能游刃有余，成為復(fù)雜工控領(lǐng)域的理想選擇。 同系列還有QFN68封裝的W55MH32Q版本，該版本體積更小，僅為8x8mm，成本低，適合集成度高的網(wǎng)關(guān)模組等場(chǎng)景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請(qǐng)進(jìn)入網(wǎng)站或者私信獲取。

此外，本W(wǎng)55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應(yīng)用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，為網(wǎng)絡(luò)通信安全再添保障。

為助力開(kāi)發(fā)者快速上手與深入開(kāi)發(fā)，基于W55MH32L這顆芯片，WIZnet精心打造了配套開(kāi)發(fā)板。開(kāi)發(fā)板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口數(shù)據(jù)線，就能輕松實(shí)現(xiàn)調(diào)試、下載以及串口打印日志等功能。開(kāi)發(fā)板將所有外設(shè)全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開(kāi)發(fā)者全面評(píng)估芯片性能。

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第十六章 常用存儲(chǔ)器介紹

1 存儲(chǔ)器種類(lèi)

存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。存儲(chǔ)器是用來(lái)存儲(chǔ)程序代碼和數(shù)據(jù)的部件，有了存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)才具有記憶功能。 基本的存儲(chǔ)器種類(lèi)見(jiàn)下圖，基本存儲(chǔ)器種類(lèi) ：

存儲(chǔ)器按其存儲(chǔ)介質(zhì)特性主要分為“易失性存儲(chǔ)器”和“非易失性存儲(chǔ)器”兩大類(lèi)。其中的“易失/非易失”是指存儲(chǔ)器斷電后， 它存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)內(nèi)容是否會(huì)丟失的特性。由于一般易失性存儲(chǔ)器存取速度快，而非易失性存儲(chǔ)器可長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)， 它們都在計(jì)算機(jī)中占據(jù)著重要角色。在計(jì)算機(jī)中易失性存儲(chǔ)器最典型的代表是內(nèi)存，非易失性存儲(chǔ)器的代表則是硬盤(pán)。

2 RAM存儲(chǔ)器

RAM是“Random Access Memory”的縮寫(xiě)，被譯為隨機(jī)存儲(chǔ)器。所謂“隨機(jī)存取”，指的是當(dāng)存儲(chǔ)器中的消息被讀取或?qū)懭霑r(shí)， 所需要的時(shí)間與這段信息所在的位置無(wú)關(guān)。這個(gè)詞的由來(lái)是因?yàn)樵缙谟?jì)算機(jī)曾使用磁鼓作為存儲(chǔ)器，磁鼓是順序讀寫(xiě)設(shè)備， 而RAM可隨讀取其內(nèi)部任意地址的數(shù)據(jù)，時(shí)間都是相同的，因此得名。實(shí)際上現(xiàn)在RAM已經(jīng)專(zhuān)門(mén)用于指代作為計(jì)算機(jī)內(nèi)存的易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。

根據(jù)RAM的存儲(chǔ)機(jī)制，又分為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM(Dynamic RAM)以及靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM(Static RAM)兩種。

2.1 DRAM

動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM的存儲(chǔ)單元以電容的電荷來(lái)表示數(shù)據(jù)，有電荷代表1，無(wú)電荷代表0，見(jiàn)下圖，DRAM存儲(chǔ)單元 。 但時(shí)間一長(zhǎng)，代表1的電容會(huì)放電，代表0的電容會(huì)吸收電荷，因此它需要定期刷新操作，這就是“動(dòng)態(tài)(Dynamic)”一詞所形容的特性。 刷新操作會(huì)對(duì)電容進(jìn)行檢查，若電量大于滿(mǎn)電量的1/2，則認(rèn)為其代表1，并把電容充滿(mǎn)電；若電量小于1/2，則認(rèn)為其代表0，并把電容放電，以此來(lái)保證數(shù)據(jù)的正確性。

2.1.1 SDRAM

根據(jù)DRAM的通訊方式，又分為同步和異步兩種，這兩種方式根據(jù)通訊時(shí)是否需要使用時(shí)鐘信號(hào)來(lái)區(qū)分。 下圖同步通訊時(shí)序圖是一種利用時(shí)鐘進(jìn)行同步的通訊時(shí)序，它在時(shí)鐘的上升沿表示有效數(shù)據(jù)：

由于使用時(shí)鐘同步的通訊速度更快，所以同步DRAM使用更為廣泛，這種DRAM被稱(chēng)為SDRAM(Synchronous DRAM)。

2.1.2 DDR SDRAM

為了進(jìn)一步提高SDRAM的通訊速度，人們?cè)O(shè)計(jì)了DDR SDRAM存儲(chǔ)器(Double Data Rate SDRAM)。它的存儲(chǔ)特性與SDRAM沒(méi)有區(qū)別， 但SDRAM只在上升沿表示有效數(shù)據(jù)，在1個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，只能表示1個(gè)有數(shù)據(jù)；而DDRSDRAM在時(shí)鐘的上升沿及下降沿各表示一個(gè)數(shù)據(jù)， 也就是說(shuō)在1個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可以表示2位數(shù)據(jù)，在時(shí)鐘頻率同樣的情況下，提高了一倍的速度。至于DDRII和DDRIII， 它們的通訊方式并沒(méi)有區(qū)別，主要是通訊同步時(shí)鐘的頻率提高了。

當(dāng)前個(gè)人計(jì)算機(jī)常用的內(nèi)存條是DDRIII SDRAM存儲(chǔ)器，在一個(gè)內(nèi)存條上包含多個(gè)DDRIII SDRAM芯片。

2.2 SRAM

靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM的存儲(chǔ)單元以鎖存器來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，見(jiàn)下圖，SRAM存儲(chǔ)單元 。 這種電路結(jié)構(gòu)不需要定時(shí)刷新充電，就能保持狀態(tài)(當(dāng)然，如果斷電了，數(shù)據(jù)還是會(huì)丟失的)，所以這種存儲(chǔ)器被稱(chēng)為“靜態(tài)(Static)”RAM。

同樣地，SRAM根據(jù)其通訊方式也分為同步(SSRAM)和異步SRAM，相對(duì)來(lái)說(shuō)，異步SRAM用得比較廣泛。

2.3 DRAM與SRAM的應(yīng)用場(chǎng)合

對(duì)比DRAM與SRAM的結(jié)構(gòu)，可知DRAM的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單得多，所以生產(chǎn)相同容量的存儲(chǔ)器，DRAM的成本要更低，且集成度更高。 而DRAM中的電容結(jié)構(gòu)則決定了它的存取速度不如SRAM，特性對(duì)比見(jiàn)下表，DRAM與SRAM對(duì)比 ：

所以在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合中，SRAM一般只用于CPU內(nèi)部的高速緩存(Cache)，而外部擴(kuò)展的內(nèi)存一般使用DRAM。

3 非易失性存儲(chǔ)器

非易失性存儲(chǔ)器種類(lèi)非常多，半導(dǎo)體類(lèi)的有ROM和FLASH，而其它的則包括光盤(pán)、軟盤(pán)及機(jī)械硬盤(pán)。

3.1 ROM存儲(chǔ)器

ROM是“Read Only Memory”的縮寫(xiě)，意為只能讀的存儲(chǔ)器。由于技術(shù)的發(fā)展，后來(lái)設(shè)計(jì)出了可以方便寫(xiě)入數(shù)據(jù)的ROM， 而這個(gè)“Read Only Memory”的名稱(chēng)被沿用下來(lái)了，現(xiàn)在一般用于指代非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器， 包括后面介紹的FLASH存儲(chǔ)器，有些人也把它歸到ROM類(lèi)里邊。

3.1.1 MASK ROM

MASK(掩膜) ROM就是正宗的“Read Only Memory”，存儲(chǔ)在它內(nèi)部的數(shù)據(jù)是在出廠時(shí)使用特殊工藝固化的，生產(chǎn)后就不可修改， 其主要優(yōu)勢(shì)是大批量生產(chǎn)時(shí)成本低。當(dāng)前在生產(chǎn)量大，數(shù)據(jù)不需要修改的場(chǎng)合，還有應(yīng)用。

3.1.2 OTPROM

OTPROM(One Time Programable ROM)是一次可編程存儲(chǔ)器。這種存儲(chǔ)器出廠時(shí)內(nèi)部并沒(méi)有資料，用戶(hù)可以使用專(zhuān)用的編程器將自己的資料寫(xiě)入， 但只能寫(xiě)入一次，被寫(xiě)入過(guò)后，它的內(nèi)容也不可再修改。在NXP公司生產(chǎn)的控制器芯片中常使用OTPROM來(lái)存儲(chǔ)密鑰或設(shè)備獨(dú)有的mac地址等內(nèi)容。

3.1.3 EPROM

EPROM(Erasable Programmable ROM)是可重復(fù)擦寫(xiě)的存儲(chǔ)器， 它解決了PROM芯片只能寫(xiě)入一次的問(wèn)題。這種存儲(chǔ)器使用紫外線照射芯片內(nèi)部擦除數(shù)據(jù)， 擦除和寫(xiě)入都要專(zhuān)用的設(shè)備。現(xiàn)在這種存儲(chǔ)器基本淘汰，被EEPROM取代。

3.1.4 EEPROM

EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)是電可擦除存儲(chǔ)器。 EEPROM可以重復(fù)擦寫(xiě)，它的擦除和寫(xiě)入都是直接使用電路控制， 不需要再使用外部設(shè)備來(lái)擦寫(xiě)。而且可以按字節(jié)為單位修改數(shù)據(jù)，無(wú)需整個(gè)芯片擦除?，F(xiàn)在主要使用的ROM芯片都是EEPROM。

3.2 FLASH存儲(chǔ)器

FLASH存儲(chǔ)器又稱(chēng)為閃存，它也是可重復(fù)擦寫(xiě)的儲(chǔ)器，部分書(shū)籍會(huì)把FLASH存儲(chǔ)器稱(chēng)為FLASH ROM，但它的容量一般比EEPROM大得多， 且在擦除時(shí)，一般以多個(gè)字節(jié)為單位。如有的FLASH存儲(chǔ)器以4096個(gè)字節(jié)為扇區(qū)，最小的擦除單位為一個(gè)扇區(qū)。根據(jù)存儲(chǔ)單元電路的不同， FLASH存儲(chǔ)器又分為NOR FLASH和NAND FLASH，見(jiàn)下表，NOR_FLASH與NAND_FLASH特性對(duì)比 ：

NOR與NAND的共性是在數(shù)據(jù)寫(xiě)入前都需要有擦除操作，而擦除操作一般是以“扇區(qū)/塊”為單位的。 而NOR與NAND特性的差別，主要是由于其內(nèi)部“地址/數(shù)據(jù)線”是否分開(kāi)導(dǎo)致的。

由于NOR的地址線和數(shù)據(jù)線分開(kāi)，它可以按“字節(jié)”讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，符合CPU的指令譯碼執(zhí)行要求，所以假如NOR上存儲(chǔ)了代碼指令， CPU給NOR一個(gè)地址，NOR就能向CPU返回一個(gè)數(shù)據(jù)讓CPU執(zhí)行，中間不需要額外的處理操作。

而由于NAND的數(shù)據(jù)和地址線共用，只能按“塊”來(lái)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，假如NAND上存儲(chǔ)了代碼指令，CPU給NAND地址后， 它無(wú)法直接返回該地址的數(shù)據(jù)，所以不符合指令譯碼要求。 表 NOR_FLASH與NAND_FLASH特性對(duì)比 中的最后一項(xiàng)“是否支持XIP”描述的就是這種立即執(zhí)行的特性(eXecute In Place)。

若代碼存儲(chǔ)在NAND上，可以把它先加載到RAM存儲(chǔ)器上，再由CPU執(zhí)行。所以在功能上可以認(rèn)為NOR是一種斷電后數(shù)據(jù)不丟失的RAM， 但它的擦除單位與RAM有區(qū)別，且讀寫(xiě)速度比RAM要慢得多。

另外，F(xiàn)LASH的擦除次數(shù)都是有限的(現(xiàn)在普遍是10萬(wàn)次左右)，當(dāng)它的使用接近壽命的時(shí)候，可能會(huì)出現(xiàn)寫(xiě)操作失敗。 由于NAND通常是整塊擦寫(xiě)，塊內(nèi)有一位失效整個(gè)塊就會(huì)失效，這被稱(chēng)為壞塊，而且由于擦寫(xiě)過(guò)程復(fù)雜，從整體來(lái)說(shuō)NOR塊塊更少， 壽命更長(zhǎng)。由于可能存在壞塊，所以FLASH存儲(chǔ)器需要“探測(cè)/錯(cuò)誤更正(EDC/ECC)”算法來(lái)確保數(shù)據(jù)的正確性。

由于兩種FLASH存儲(chǔ)器特性的差異，NOR FLASH一般應(yīng)用在代碼存儲(chǔ)的場(chǎng)合，如嵌入式控制器內(nèi)部的程序存儲(chǔ)空間。 而NAND FLASH一般應(yīng)用在大數(shù)據(jù)量存儲(chǔ)的場(chǎng)合，包括SD卡、U盤(pán)以及固態(tài)硬盤(pán)等，都是NAND FLASH類(lèi)型的。

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