Nuvoton的ARMMCU使用ReRAM片上存储

当今世界充斥着各种能够运行Linux并通过千兆以太网连接的先进多核微控制器。在这种形势下，Nuvoton的32位NuMicro M2L31微控制器作为一个独特的产品，包含单核、72MHz Arm Cortex-M23处理器，不支持以太网，让人回想起早期微控制器用于嵌入式设备的设计。在当下，这类应用仍然存在。因此还是需要这些微控制器的。

Nuvoton将这些微控制器定位为嵌入式应用，包括电机控制、PC外围设备、工业自动化和电池管理。M2L31低功耗微控制器家族在另一个方面是独一无二的：它包含了多达0.5兆字节的片上ReRAM，用于存储非易失性程序和数据，以及多达168KB的片上SRAM。

M2L31微控制器系列并不是Nuvoton首次涉足ReRAM。该公司的8位KM101微控制器是几年前从松下收购的。此外，富士通半导体和Nuvoton在过去几年中一直在共同开发ReRAM工艺技术。富士通在2022年宣布了一款基于这项开发工作的12Mbit ReRAM存储设备——MB85AS12MT。Nuvoton的M2L31微控制器代表了ReRAM在微控制器上使用的飞跃，具有比KM101微控制器更强大的处理器和更大的片上存储。Nuvoton较老的KM101微控制器由Tower Semiconductor制造，而较新的M2L31微控制器由台积电制造。

M2L31微控制器的框图如下所示：

上图是一个非常典型的基于Arm的系统，高速的系统组件连接到Arm Amba 5 AHB硬件总线，低速的外围设备连接到APB外围总线。Arm Cortex-M23处理器核心采用two-stage执行管道来执行Arm的Thumb-2指令集。处理器核心包含一个32*32bit单周期硬件乘法器，可以执行一个除法指令，在17个周期内返回结果的低32位。这些特性对于数学密集型嵌入式应用程序尤为重要。

M2L31微控制器家族的片上存储器子系统与大多数其他微控制器上的存储器子系统明显不同。当今大多数微控制器使用嵌入式闪存EEPROM进行程序和数据的非易失性存储，而Nuvoton的M2L31系列采用ReRAM。根据家族成员的不同，片上ReRAM的大小从64到512 KB不等。Nuvoton声称，它的ReRAM片上存储与Flash EEPROM相比至少有三个优势：更快的写入速度，卓越的耐用性和更低的功耗。

更快的写入速度来自于ReRAM在没有页面擦除周期的情况下更新数据的能力。同样，优异的持久性源于更新记忆中的单个word而无需擦除和重写整个记忆页的能力。Nuvoton声称ReRAM每个存储周期的功耗低于Flash EEPROM，这点很难验证，因为ReRAM嵌入在设备中。然而，这些Nuvoton M2L31微控制器显然是为低功耗操作而设计的。运行模式下电流为60 uA/MHz，时钟72 MHz；空闲模式下电流为33uA/MHz，所有外设关闭。此外，器件具有多种下电模式，功耗为85uA至0.54 uA。

ReRAM分为几种方式，以方便应用程序开发。首先，它被分成两半，以方便无线更新。ReRAM还支持四个仅执行内存(execute-only memory，简称XOM)区域，以防止对程序代码进行未经授权的修改。一个安全的引导加载程序，增强了支持SHA-256和ECDSA-P256加密协议的片上硬件加密引擎，有助于防止在软件更新期间被恶意软件替换已认证的固件。

除了通常的数字外设(UARTs，定时器，看门狗定时器，实时时钟，SPI和I2C端口，CAN和USB控制器)外，M2L31微控制器家族还包括几种模拟外设，包括:

• 内部电压基准

• 内部温度传感器

• 具有24通道模拟输入多路复用器的12位，3.42 M sample/s ADC

• 两个12位，1M sample/s的DAC

• 三个 rail-to-rail比较器与6bit、DAC驱动的参考电压

• 三个运算放大器，可编程增益

• 一个18通道的触摸控制器

如果您想使用该微控制器系列的开发工作，Nuvoton提供了一种称为NuMaker- M2L31KI的低成本开发平台。在撰写本文时，该公司在其网站上以36美元的价格出售该平台。该开发板集成了Arduino UNO扩展连接器，为简单和低成本的外设扩展提供了充足的机会，还包含USB调试端口。

对笔者来说，Nuvoton的M2L31微控制器家族代表了20世纪70年代开始出现的微控制器的逻辑演变。早期设备只有一个处理器核心，并且不是为网络而设计的，因为坦率地说，它们不够快，不能支持网络所需的大量软件堆栈。M2L31微控制器配备32位、72MHz的Arm Cortex-M23处理器内核，速度当然足够快，并且拥有必要的片上内存资源来支持网络，但这不是它们针对的应用程序。因此，它们缺乏此类应用程序所需的网络外设。我不认为这是这些设备的劣势，因为Nuvoton将这些设备定位于其他嵌入式应用。