在寫字樓,、工廠車間和汽車中,，軟件正逐步取代機械部件和固定電路,。例如，使用智能鎖取代機械鎖后,，用戶可以通過手機應用程序對智能鎖進行控制,，同時制造商可通過軟件更新、改進或校正智能鎖的功能,。在這種趨勢下,，人們對存儲器的要求不斷提高，這一挑戰(zhàn)不容忽視,。

在常嵌入閃存存儲器的微控制器 (MCU) 中,，存儲器的容量也在快速增加。除了宏觀趨勢外,，MCU 中的一些特定發(fā)展趨勢（包括更高的計算帶寬,、功能集成以及包含額外的大型通信棧）也決定了需要更大容量的閃存,。當出現無線更新的需求時，由于原始圖像和備份圖像都需要存儲,，上述的這些需求自然會加倍,。

面對存儲器容量增加的壓力，許多設計人員產生了“存儲器焦慮”：擔心片上存儲器不夠用,。而且從可擴展性和成本而言,，人們對存儲器需求的快速增長都是不可持續(xù)的。

解決上述問題的一種方法是,，使用外部閃存 MCU 解決方案,。

將 MCU 與閃存技術分開，可創(chuàng)建更具可擴展性和成本效益的系統(tǒng),。在可擴展性方面，嵌入式閃存 MCU 需要轉換到完全不同的器件來升級到更大容量的存儲器,。在成本方面,，隨著性能要求提高和 MCU 制造的工藝節(jié)點減少，由于閃存具有電荷泵等模擬器件,，閃存根本無法像典型的數字互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 工藝一樣減少工藝節(jié)點,。因為難以減少工藝節(jié)點，嵌入式閃存 MCU 會產生附加成本,，存儲器容量較大時尤為如此,。然而，從 MCU 中移除閃存存儲器也會帶來設計挑戰(zhàn),，尤其是在性能,、信息安全和功能安全方面。為了設計外部閃存存儲器來實現成本節(jié)約和可擴展性優(yōu)勢并攻克工程挑戰(zhàn),，德州儀器 (TI) 開發(fā)了 OptiFlash 存儲器技術,。圖 1 展示了 TI AM263P4-Q1 MCU 上 OptiFlash 技術架構的簡圖。

什么是 OptiFlash 技術,？

OptiFlash 技術是硬件存儲器控制器加速器和軟件工具的組合,。為應對性能挑戰(zhàn)，AM263P4-Q1 MCU 針對外部閃存集成電路采用了高帶寬,、低引腳數,、八通道串行外設接口。該接口具有八個數據通道,，運行速率可以高達 133MHz 雙倍數據速率,，同時還添加了閃存高速緩存作為閃存指令控

制器，將高速緩存的指令放置于片上 RAM,。僅閃存快速緩存功能便可將就地執(zhí)行 (XIP) 性能提高達 80%,，具體取決于代碼結構,。

外部閃存另一個常見的性能挑戰(zhàn)是響應時間。借助硬件加速器,，OptiFlash 技術可并行處理響應過程的多個部分,，從而使初始控制器局域網報文最快可達56ms或118ms（直至完全正常運行），具體取決于映像大小,。除了硬件加速器,，OptiFlash 技術還包含了靜態(tài)代碼分析工具，如智能分配工具（可分析應用程序代碼,，并推薦在緊耦合存儲器,、RAM 或閃存中的代碼分配，具體取決于執(zhí)行頻率）,。

為幫助實現高達 ASIL D 的汽車安全完整性等級 (ASIL) 和高達電子安全車輛入侵保護應用 (EVITA) 硬件安全模塊 (HSM) 完整級的網絡安全,，器件采用 OptiFlash 技術時需要考慮啟用外部閃存時的功能安全和信息安全特性。為確保數據傳輸中的完整性,，德州儀器在硬件中實施了內聯糾錯碼,，用于檢測和校正傳輸錯誤。在安全性方面,，由于采用的是外部閃存,，從理論上來講，攻擊者會探測數據線,，并通過中間人攻擊方法讀取正在執(zhí)行的代碼,。通常來說，因為在數據線上“監(jiān)聽”的任何數據都是經過加密的,，在外部閃存上對代碼和數據加密即可降低上述可能性,。但由于我們通過閃存就地執(zhí)行，OptiFlash 包含了一個動態(tài)身份驗證和加密塊,，便可在硬件中執(zhí)行安全功能,，無需用戶任何操作。

將這些性能加速器與大容量片上 RAM（AM263P4-Q1 中為 3.5MB）組合使用時,，幾乎可直接通過片上 RAM 執(zhí)行總體性能,。德州儀器基準測試數據表明，借助 TI OptiFlash 技術,，與片上 RAM 執(zhí)行相比,，XIP 性能降級的 CPU 周期低至多 10% 。

結語

隨著軟件定義架構的存儲器需求不斷提高,，OptiFlash 存儲器技術轉變了存儲器架構范式,，可實現外部閃存的可擴展性和成本效益。這將幫助更多系統(tǒng)實現豐富的功能,，例如,，通過無線更新對汽車進行關鍵軟件更新,，或通過聯網使需要更多空間用于較大通信棧的系統(tǒng)更加互聯。通過實現更具可擴展性和成本效益的存儲器存儲,，OptiFlash 存儲器技術可為汽車行業(yè)向諸多新興趨勢的發(fā)展清理障礙,。