1. 為什么 MRAM 在工業(yè)嵌入式場(chǎng)景里越來(lái)越受關(guān)注搞過(guò)工業(yè)數(shù)據(jù)采集或者設(shè)備參數(shù)存儲(chǔ)的朋友應(yīng)該都有體會(huì)選存儲(chǔ)方案這件事看著簡(jiǎn)單實(shí)際上坑特別多。EEPROM 寫(xiě)入慢、壽命有限Flash 有擦除塊限制、寫(xiě)入前得先擦、掉電還有丟數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)FRAM 倒是快也耐寫(xiě)但容量做不大、價(jià)格也偏高。這幾年 MRAM 慢慢進(jìn)入大家的視野尤其是像 MR25H40CDF 這種 SPI 接口的磁阻隨機(jī)存儲(chǔ)器在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、電力監(jiān)測(cè)終端、PLC 模塊這些場(chǎng)景里出現(xiàn)得越來(lái)越多。我最近做的一個(gè)項(xiàng)目就是用 STM32L041C6 搭配 MR25H40CDF 來(lái)做參數(shù)存儲(chǔ)和運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄整個(gè)方案跑下來(lái)感覺(jué)挺值得聊一聊。STM32L041C6 是 ST 家 L0 系列的超低功耗 Cortex-M0 芯片32KB Flash、8KB SRAM主頻 32MHz資源不算富裕但勝在功耗極低、價(jià)格友好非常適合那種電池供電或者對(duì)功耗敏感的工業(yè)傳感器節(jié)點(diǎn)。MR25H40CDF 則是 Everspin 出的 4Mbit512KBSPI MRAM支持 40MHz 時(shí)鐘讀寫(xiě)都是納秒級(jí)響應(yīng)最關(guān)鍵的是它沒(méi)有擦除概念寫(xiě)入次數(shù)理論上無(wú)限掉電數(shù)據(jù)保持至少 20 年。這套組合解決的核心問(wèn)題就是在低功耗 MCU 平臺(tái)上如何可靠、高頻、安全地存儲(chǔ)和讀取關(guān)鍵數(shù)據(jù)。適合誰(shuí)看如果你正在做工業(yè)數(shù)據(jù)記錄儀、智能儀表、設(shè)備黑匣子、參數(shù)配置存儲(chǔ)這類(lèi)項(xiàng)目或者你單純想搞清楚 MRAM 到底怎么用、SPI 接口怎么配、和 Flash 方案比到底強(qiáng)在哪那這篇內(nèi)容應(yīng)該能幫你省不少查資料和踩坑的時(shí)間。2. 方案整體設(shè)計(jì)與選型思路拆解2.1 為什么選 MRAM 而不是 Flash 或 EEPROM先把這個(gè)事說(shuō)清楚不然后面很多設(shè)計(jì)決策沒(méi)法理解。工業(yè)場(chǎng)景對(duì)存儲(chǔ)的要求通常有這么幾條寫(xiě)入要快、壽命要長(zhǎng)、掉電不能丟、溫度范圍要寬、接口要簡(jiǎn)單。我們逐條對(duì)比一下常見(jiàn)方案。特性EEPROMNOR FlashFRAMMRAM寫(xiě)入速度毫秒級(jí)毫秒級(jí)需擦除微秒級(jí)納秒級(jí)擦寫(xiě)壽命100萬(wàn)次10萬(wàn)次10^12次近乎無(wú)限掉電保持10年10年10年20年寫(xiě)入前擦除不需要需要不需要不需要工作溫度-40~85-40~85-40~85-40~125容量范圍小中小中單價(jià)低低高中高從表里能看出來(lái)MRAM 最大的優(yōu)勢(shì)就是寫(xiě)入速度極快且沒(méi)有擦除動(dòng)作同時(shí)壽命幾乎不受限。這意味著什么意味著你可以在每次采集到數(shù)據(jù)時(shí)直接寫(xiě)進(jìn)去不用做緩存攢批也不用擔(dān)心寫(xiě)壞。對(duì)于工業(yè)設(shè)備來(lái)說(shuō)突發(fā)掉電是家常便飯MRAM 的寫(xiě)入是原子性的不會(huì)出現(xiàn)寫(xiě)一半掉電導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞的情況。我之前用 Flash 做過(guò)一個(gè)方案每次寫(xiě)參數(shù)前要先擦 4KB 扇區(qū)擦除期間如果斷電整個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)全沒(méi)了。后來(lái)加了備份扇區(qū)和 CRC 校驗(yàn)才勉強(qiáng)解決但邏輯復(fù)雜了很多。換成 MR25H40CDF 之后這些額外邏輯全部省掉代碼量直接少了一大截。2.2 STM32L041C6 的角色定位與資源分配STM32L041C6 在這套方案里負(fù)責(zé)三件事通過(guò) SPI 總線(xiàn)讀寫(xiě) MRAM、處理業(yè)務(wù)邏輯、管理低功耗模式。它的資源情況是這樣的32KB Flash 存固件8KB SRAM 跑程序SPI1 接 MRAM另外還有 USART 接上位機(jī)、ADC 采集模擬量、幾個(gè) GPIO 做指示燈和按鍵。這里有個(gè)細(xì)節(jié)要注意STM32L041C6 的 SPI1 最高時(shí)鐘是 16MHzAPB2 時(shí)鐘 32MHz 二分頻雖然 MR25H40CDF 支持 40MHz但在這顆 MCU 上跑不到那么高。不過(guò)實(shí)際用下來(lái) 16MHz 完全夠用讀 512KB 全片數(shù)據(jù)也就幾十毫秒的事。如果你對(duì)速度有更高要求可以考慮換 STM32L4 系列或者用 QSPI 接口的 MRAM但那樣成本和功耗都會(huì)上去。資源分配上我把 MRAM 的 512KB 空間做了分區(qū)管理前 4KB 存設(shè)備參數(shù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中間 508KB 做循環(huán)數(shù)據(jù)記錄最后 4KB 存日志和故障快照。這樣分區(qū)的好處是參數(shù)區(qū)和記錄區(qū)互不干擾記錄區(qū)寫(xiě)滿(mǎn)之后直接覆蓋最舊的數(shù)據(jù)不需要做垃圾回收。2.3 SPI 接口選型的幾個(gè)關(guān)鍵考量MR25H40CDF 只支持 SPI 接口不支持 I2C 或并行總線(xiàn)所以 SPI 的配置就是整個(gè)方案的核心。這里有幾個(gè)點(diǎn)需要提前想清楚。第一是硬件片選還是軟件片選。STM32 的 SPI 外設(shè)支持硬件 NSS 管理但實(shí)際用下來(lái)硬件片選在多從機(jī)場(chǎng)景下容易出問(wèn)題而且靈活性差。我建議用軟件片選也就是用一個(gè)普通 GPIO 控制 CS 引腳SPI 配置里把 NSS 設(shè)為軟件模式。這樣你可以在兩次傳輸之間精確控制 CS 的拉高拉低也方便做時(shí)序調(diào)試。第二是時(shí)鐘極性和相位。MR25H40CDF 支持 SPI Mode 0CPOL0CPHA0和 Mode 3CPOL1CPHA1。我一般用 Mode 0因?yàn)榇蟛糠诌壿嫹治鰞x和調(diào)試工具默認(rèn)就是 Mode 0抓波形的時(shí)候不容易搞混。配置的時(shí)候在 SPI_InitTypeDef 里把 CLKPolarity 設(shè)為 SPI_POLARITY_LOWCLKPhase 設(shè)為 SPI_PHASE_1EDGE。第三是數(shù)據(jù)寬度。MR25H40CDF 支持單線(xiàn)、雙線(xiàn)和四線(xiàn) SPI但 STM32L041C6 的 SPI1 只支持單線(xiàn)模式所以就用標(biāo)準(zhǔn)的 8 位數(shù)據(jù)幀。如果你用的是 STM32H7 或者帶 QSPI 的型號(hào)可以跑四線(xiàn)模式速度能翻好幾倍。3. 核心細(xì)節(jié)解析與實(shí)操要點(diǎn)3.1 MR25H40CDF 的指令集與操作時(shí)序MR25H40CDF 的指令集不算復(fù)雜常用的就那么幾條。我整理了一個(gè)速查表方便你寫(xiě)驅(qū)動(dòng)的時(shí)候直接對(duì)照。指令名稱(chēng)指令碼功能說(shuō)明地址字節(jié)數(shù)數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)WREN0x06寫(xiě)使能00WRDI0x04寫(xiě)禁止00RDSR0x05讀狀態(tài)寄存器01WRSR0x01寫(xiě)狀態(tài)寄存器01READ0x03讀數(shù)據(jù)31~NWRITE0x02寫(xiě)數(shù)據(jù)31~NFAST_READ0x0B快速讀311~N這里重點(diǎn)說(shuō)幾個(gè)容易踩坑的地方。WREN 指令必須在每次寫(xiě)操作之前發(fā)送MRAM 不會(huì)自動(dòng)保持寫(xiě)使能狀態(tài)。寫(xiě)完一個(gè)字節(jié)序列之后WREN 自動(dòng)失效下次寫(xiě)之前要重新發(fā)。這個(gè)和 EEPROM 的行為類(lèi)似但和 FRAM 不一樣FRAM 通常不需要寫(xiě)使能。狀態(tài)寄存器的 bit0 是 WEL寫(xiě)使能鎖存bit1 是 BP0bit2 是 BP1這兩個(gè)是塊保護(hù)位。如果你發(fā)現(xiàn)寫(xiě)不進(jìn)去數(shù)據(jù)第一件事就是讀狀態(tài)寄存器看 WEL 是不是 1。我遇到過(guò)好幾次因?yàn)?WREN 指令發(fā)完之后 CS 拉高太早導(dǎo)致 WEL 沒(méi)置位的情況后來(lái)在 WREN 和下一個(gè)指令之間加了 1 微秒的延時(shí)才穩(wěn)定。時(shí)序方面MR25H40CDF 的 SPI 模式 0 下數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿采樣下降沿輸出。CS 拉低之后需要至少 5ns 的建立時(shí)間才能發(fā)第一個(gè)時(shí)鐘這個(gè)在 16MHz 下基本不用管但如果你跑 40MHz 就要注意 PCB 走線(xiàn)和信號(hào)完整性了。3.2 STM32L041C6 的 SPI 初始化配置STM32L041C6 用 HAL 庫(kù)配置 SPI1 的代碼大概長(zhǎng)這樣我直接貼出來(lái)你抄過(guò)去改改就能用。SPI_HandleTypeDef hspi1; void SPI1_Init(void) { __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct {0}; // PA5 SCK, PA6 MISO, PA7 MOSI GPIO_InitStruct.Pin GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7; GPIO_InitStruct.Mode GPIO_MODE_AF_PP; GPIO_InitStruct.Pull GPIO_NOPULL; GPIO_InitStruct.Speed GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; GPIO_InitStruct.Alternate GPIO_AF0_SPI1; HAL_GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStruct); // PA4 CS, 普通推挽輸出 GPIO_InitStruct.Pin GPIO_PIN_4; GPIO_InitStruct.Mode GPIO_MODE_OUTPUT_PP; GPIO_InitStruct.Pull GPIO_NOPULL; GPIO_InitStruct.Speed GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStruct); HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET); hspi1.Instance SPI1; hspi1.Init.Mode SPI_MODE_MASTER; hspi1.Init.Direction SPI_DIRECTION_2LINES; hspi1.Init.DataSize SPI_DATASIZE_8BIT; hspi1.Init.CLKPolarity SPI_POLARITY_LOW; hspi1.Init.CLKPhase SPI_PHASE_1EDGE; hspi1.Init.NSS SPI_NSS_SOFT; hspi1.Init.BaudRatePrescaler SPI_BAUDRATEPRESCALER_2; hspi1.Init.FirstBit SPI_FIRSTBIT_MSB; hspi1.Init.TIMode SPI_TIMODE_DISABLE; hspi1.Init.CRCCalculation SPI_CRCCALCULATION_DISABLE; hspi1.Init.CRCPolynomial 7; HAL_SPI_Init(hspi1); }BaudRatePrescaler 設(shè)為 2 的時(shí)候SPI 時(shí)鐘是 16MHz。如果你發(fā)現(xiàn)通信不穩(wěn)定可以先降到 4 或者 8 試試排除是時(shí)序問(wèn)題還是硬件問(wèn)題。我一般調(diào)試階段用 4MHz穩(wěn)定之后再往上提。CS 引腳的控制我單獨(dú)封裝了兩個(gè)宏這樣代碼看起來(lái)干凈也方便移植到別的平臺(tái)。#define MRAM_CS_LOW() HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET) #define MRAM_CS_HIGH() HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET)3.3 讀寫(xiě)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)與參數(shù)計(jì)算讀數(shù)據(jù)的函數(shù)比較直接發(fā)指令、發(fā)地址、讀數(shù)據(jù)三步走。地址是 24 位的MR25H40CDF 的 512KB 空間需要 19 位地址線(xiàn)高 5 位保留填 0 就行。void MRAM_Read(uint32_t addr, uint8_t *buf, uint16_t len) { uint8_t cmd[4]; cmd[0] 0x03; cmd[1] (addr 16) 0xFF; cmd[2] (addr 8) 0xFF; cmd[3] addr 0xFF; MRAM_CS_LOW(); HAL_SPI_Transmit(hspi1, cmd, 4, 100); HAL_SPI_Receive(hspi1, buf, len, 1000); MRAM_CS_HIGH(); }寫(xiě)數(shù)據(jù)稍微麻煩一點(diǎn)每次都要先發(fā) WREN再發(fā) WRITE 指令和地址最后發(fā)數(shù)據(jù)。void MRAM_Write(uint32_t addr, uint8_t *buf, uint16_t len) { uint8_t cmd[4]; uint8_t wren 0x06; MRAM_CS_LOW(); HAL_SPI_Transmit(hspi1, wren, 1, 100); MRAM_CS_HIGH(); cmd[0] 0x02; cmd[1] (addr 16) 0xFF; cmd[2] (addr 8) 0xFF; cmd[3] addr 0xFF; MRAM_CS_LOW(); HAL_SPI_Transmit(hspi1, cmd, 4, 100); HAL_SPI_Transmit(hspi1, buf, len, 1000); MRAM_CS_HIGH(); }這里有個(gè)參數(shù)需要算一下寫(xiě)一頁(yè)數(shù)據(jù)需要多長(zhǎng)時(shí)間。MR25H40CDF 沒(méi)有頁(yè)的概念你可以一次寫(xiě)任意長(zhǎng)度只要地址不跨邊界。在 16MHz SPI 下傳輸一個(gè)字節(jié)需要 8 個(gè)時(shí)鐘周期也就是 0.5 微秒。寫(xiě) 256 字節(jié)需要 256 × 0.5 128 微秒加上指令開(kāi)銷(xiāo)大概 150 微秒左右。這個(gè)速度比 EEPROM 快了三個(gè)數(shù)量級(jí)比 Flash 也快了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。3.4 數(shù)據(jù)可靠性的保障措施雖然 MRAM 本身很可靠但在工業(yè)環(huán)境里光靠器件可靠是不夠的。我在方案里加了三層保護(hù)。第一層是數(shù)據(jù)包頭。每條記錄前面加 4 個(gè)字節(jié)的包頭包含記錄 ID、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和時(shí)間戳的低 16 位。這樣讀取的時(shí)候可以先掃包頭快速定位有效數(shù)據(jù)。第二層是 CRC 校驗(yàn)。每條記錄尾部加 2 個(gè)字節(jié)的 CRC16讀取的時(shí)候校驗(yàn)一下如果 CRC 不對(duì)就丟棄這條記錄。CRC16 用查表法實(shí)現(xiàn)速度很快對(duì) STM32L041C6 來(lái)說(shuō)開(kāi)銷(xiāo)可以忽略。第三層是雙備份。參數(shù)區(qū)我做了兩份寫(xiě)的時(shí)候先寫(xiě)備份區(qū)再寫(xiě)主區(qū)讀的時(shí)候如果主區(qū) CRC 不對(duì)就自動(dòng)切到備份區(qū)。這樣即使極端情況下主區(qū)數(shù)據(jù)損壞設(shè)備也能正常啟動(dòng)。4. 完整實(shí)操流程與核心環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)4.1 硬件連接與 PCB 布局要點(diǎn)先列一下接線(xiàn)表這個(gè)別搞錯(cuò)了接反了調(diào)半天。STM32L041C6 引腳MR25H40CDF 引腳說(shuō)明PA5 (SPI1_SCK)SCK時(shí)鐘PA6 (SPI1_MISO)SO主入從出PA7 (SPI1_MOSI)SI主出從入PA4 (GPIO)CS片選低有效3.3VVDD電源GNDVSS地PCB 布局有幾個(gè)經(jīng)驗(yàn)之談。SPI 時(shí)鐘線(xiàn)盡量短如果超過(guò) 5cm 就要考慮加串聯(lián)電阻匹配。MISO 線(xiàn)因?yàn)槭菑?MRAM 輸出到 MCU驅(qū)動(dòng)能力有限走線(xiàn)太長(zhǎng)容易導(dǎo)致上升沿變緩可以在 MRAM 端加一個(gè) 10kΩ 的上拉電阻。電源引腳旁邊放一個(gè) 100nF 的陶瓷電容越近越好我一般放在芯片背面。還有一點(diǎn)MR25H40CDF 的封裝是 8 腳 SOIC 或者 DFNDFN 封裝的散熱焊盤(pán)要接到 GND但不要直接大面積鋪銅因?yàn)?MRAM 對(duì)磁場(chǎng)敏感大面積鋪銅如果形成環(huán)路可能會(huì)引入干擾。這個(gè)是我在調(diào)試一個(gè)電機(jī)控制項(xiàng)目時(shí)發(fā)現(xiàn)的后來(lái)把鋪銅改成網(wǎng)格狀就穩(wěn)定了。4.2 初始化流程與自檢機(jī)制上電之后的初始化流程我設(shè)計(jì)成這樣先初始化時(shí)鐘和 GPIO再初始化 SPI然后讀 MRAM 的設(shè)備 ID 和狀態(tài)寄存器確認(rèn)通信正常。MR25H40CDF 沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的 JEDEC ID 指令但你可以通過(guò)讀地址 0x000000 的數(shù)據(jù)來(lái)判斷——如果讀出來(lái)全是 0xFF 或者全是 0x00那大概率是通信有問(wèn)題。uint8_t MRAM_SelfTest(void) { uint8_t test_buf[16]; uint8_t read_buf[16]; uint8_t i; for (i 0; i 16; i) { test_buf[i] i * 3 7; } MRAM_Write(0x7F000, test_buf, 16); MRAM_Read(0x7F000, read_buf, 16); for (i 0; i 16; i) { if (read_buf[i] ! test_buf[i]) { return 1; // 自檢失敗 } } return 0; // 自檢通過(guò) }自檢地址選在 0x7F000 是因?yàn)檫@個(gè)位置在參數(shù)區(qū)和記錄區(qū)之間平時(shí)不會(huì)用到不會(huì)覆蓋有效數(shù)據(jù)。自檢數(shù)據(jù)寫(xiě)完之后不用擦除MRAM 直接覆蓋就行。4.3 參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)的讀寫(xiě)實(shí)現(xiàn)參數(shù)區(qū)我定義了一個(gè)結(jié)構(gòu)體包含設(shè)備序列號(hào)、校準(zhǔn)系數(shù)、報(bào)警閾值、通信參數(shù)這些。typedef struct { uint32_t magic; // 0x5A5A1234用于判斷參數(shù)是否有效 uint32_t serial_num; float calib_k; float calib_b; uint16_t alarm_high; uint16_t alarm_low; uint8_t modbus_addr; uint32_t baudrate; uint16_t crc; } DeviceParams_t;寫(xiě)參數(shù)的時(shí)候先算 CRC然后寫(xiě)到主區(qū)和備份區(qū)。讀參數(shù)的時(shí)候先讀主區(qū)校驗(yàn) magic 和 CRC如果不對(duì)再讀備份區(qū)。如果兩個(gè)區(qū)都不對(duì)就加載默認(rèn)參數(shù)并重新寫(xiě)入。這里有個(gè)細(xì)節(jié)CRC 計(jì)算要把 crc 字段本身排除在外否則算出來(lái)的值會(huì)變。我一般用 offsetof 宏來(lái)定位 crc 字段的偏移然后只對(duì)前面的數(shù)據(jù)算 CRC。4.4 循環(huán)記錄區(qū)的管理策略記錄區(qū)我用了最簡(jiǎn)單的循環(huán)覆蓋策略。維護(hù)一個(gè)寫(xiě)指針每次寫(xiě)新記錄就往后移寫(xiě)到區(qū)域末尾就回到區(qū)域開(kāi)頭。讀的時(shí)候從寫(xiě)指針往前讀讀到無(wú)效記錄為止。每條記錄的格式是這樣的4 字節(jié)包頭0xAA55 長(zhǎng)度 序號(hào)、N 字節(jié)數(shù)據(jù)、2 字節(jié) CRC。包頭里的序號(hào)是遞增的這樣即使寫(xiě)指針丟了也能通過(guò)掃描序號(hào)找到最新的記錄。記錄區(qū)的大小是 508KB每條記錄 32 字節(jié)的話(huà)能存 16000 多條。按每分鐘記錄一次算能存 11 天左右。如果不夠用可以壓縮記錄格式或者降低記錄頻率。4.5 低功耗模式下的存儲(chǔ)操作STM32L041C6 的低功耗模式有 Sleep、Stop 和 Standby 三種。在 Stop 模式下SPI 外設(shè)會(huì)停止工作所以寫(xiě) MRAM 的操作必須在進(jìn)入 Stop 之前完成。我的做法是在主循環(huán)里判斷是否有數(shù)據(jù)要寫(xiě)有就寫(xiě)完了再進(jìn) Stop沒(méi)有就直接進(jìn)。MRAM 本身在待機(jī)時(shí)的功耗很低典型值只有幾微安所以不需要額外控制它的電源。但如果你用的是電池供電并且對(duì)功耗極其敏感可以在 MRAM 的 VDD 引腳上串一個(gè) MOS 管不用的時(shí)候直接斷電。不過(guò)要注意MRAM 掉電后數(shù)據(jù)雖然不丟但重新上電后需要重新初始化 SPI 接口。5. 常見(jiàn)問(wèn)題與排查技巧實(shí)錄5.1 通信失敗類(lèi)問(wèn)題排查通信失敗是最常見(jiàn)的問(wèn)題我整理了一個(gè)排查流程按這個(gè)順序走基本能定位到原因?，F(xiàn)象可能原因排查方法解決方案讀出來(lái)全是 0xFFCS 沒(méi)拉低 / SPI 沒(méi)使能用邏輯分析儀抓 CS 和 SCK檢查 GPIO 配置和 SPI 使能讀出來(lái)全是 0x00MISO 線(xiàn)接錯(cuò) / 從機(jī)沒(méi)供電萬(wàn)用表測(cè) MRAM VDD檢查接線(xiàn)和電源數(shù)據(jù)偶爾出錯(cuò)時(shí)鐘太快 / 走線(xiàn)太長(zhǎng)降低 SPI 時(shí)鐘測(cè)試降速或優(yōu)化 PCB寫(xiě)不進(jìn)去WREN 沒(méi)生效讀狀態(tài)寄存器 bit0在 WREN 后加延時(shí)地址錯(cuò)位地址字節(jié)序搞反對(duì)比讀寫(xiě)同一地址統(tǒng)一用大端序我遇到最坑的一次是讀出來(lái)數(shù)據(jù)總是差一個(gè)字節(jié)查了半天發(fā)現(xiàn)是 HAL_SPI_Transmit 和 HAL_SPI_Receive 之間 CS 被拉高了。因?yàn)?HAL 庫(kù)的函數(shù)在傳輸完成后會(huì)自動(dòng)釋放總線(xiàn)如果你用硬件 NSS 就會(huì)這樣。后來(lái)改成軟件 NSS 并且把 Transmit 和 Receive 放在同一個(gè) CS 低電平周期內(nèi)就解決了。5.2 數(shù)據(jù)損壞類(lèi)問(wèn)題分析數(shù)據(jù)損壞通常不是 MRAM 本身的問(wèn)題而是寫(xiě)入邏輯或者電源的問(wèn)題。我遇到過(guò)兩種情況。一種是寫(xiě)入過(guò)程中掉電導(dǎo)致記錄只寫(xiě)了一半。MRAM 的寫(xiě)入是原子性的但如果你一次寫(xiě)多條記錄寫(xiě)到一半掉電前面的記錄是完整的后面的可能沒(méi)寫(xiě)。解決辦法是每條記錄獨(dú)立寫(xiě)入寫(xiě)完一條更新一次寫(xiě)指針。這樣即使掉電最多丟一條記錄不會(huì)影響整個(gè)記錄區(qū)。另一種是電源紋波太大導(dǎo)致 SPI 通信誤碼。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電源質(zhì)量參差不齊我在 MRAM 的 VDD 上加了 10μF 鉭電容和 100nF 陶瓷電容并聯(lián)紋波從 200mV 降到了 20mV 以?xún)?nèi)誤碼率直接歸零。5.3 性能優(yōu)化與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)我實(shí)測(cè)了一下這套方案的性能數(shù)據(jù)如下。操作數(shù)據(jù)量耗時(shí)備注單字節(jié)寫(xiě)1 字節(jié)12 微秒含 WREN 開(kāi)銷(xiāo)256 字節(jié)寫(xiě)256 字節(jié)148 微秒16MHz SPI單字節(jié)讀1 字節(jié)8 微秒含指令開(kāi)銷(xiāo)512KB 全片讀512KB280 毫秒16MHz SPI參數(shù)區(qū)讀寫(xiě)64 字節(jié)約 50 微秒含 CRC 校驗(yàn)從數(shù)據(jù)能看出來(lái)MRAM 的寫(xiě)入速度確實(shí)快256 字節(jié)只要 148 微秒同樣的數(shù)據(jù)寫(xiě) EEPROM 至少要 5 毫秒寫(xiě) Flash 要 10 毫秒以上含擦除。這個(gè)差距在需要高頻記錄的場(chǎng)景下非常明顯。5.4 獨(dú)家避坑經(jīng)驗(yàn)分享說(shuō)幾個(gè)文檔里不會(huì)寫(xiě)但實(shí)際會(huì)遇到的坑。第一個(gè)是 MRAM 的寫(xiě)使能狀態(tài)在 CS 拉高之后會(huì)保持一段時(shí)間如果你緊接著發(fā)下一個(gè)指令可能會(huì)誤觸發(fā)寫(xiě)操作。我的做法是每次 WREN 之后拉高 CS延時(shí) 1 微秒再拉低發(fā)正式指令。這個(gè)延時(shí)在 16MHz 下看起來(lái)很長(zhǎng)但實(shí)際對(duì)性能影響可以忽略。第二個(gè)是 MR25H40CDF 的地址空間雖然是 512KB但如果你用 24 位地址去訪(fǎng)問(wèn)超過(guò) 0x7FFFF 的地址會(huì)回繞到 0x00000。這個(gè)在寫(xiě)循環(huán)記錄的時(shí)候要特別注意寫(xiě)指針到了末尾要手動(dòng)歸零不能依賴(lài)地址回繞。第三個(gè)是 STM32L041C6 的 SPI1 和 SWD 調(diào)試口有引腳復(fù)用沖突。PA5、PA6、PA7 同時(shí)也是 SWD 的引腳如果你在調(diào)試的時(shí)候發(fā)現(xiàn) SPI 不工作先檢查一下調(diào)試器是不是占用了這些引腳。我一般調(diào)試階段用 SPI2 或者換引腳量產(chǎn)的時(shí)候再切回 SPI1。第四個(gè)是 MRAM 對(duì)磁場(chǎng)敏感如果你板子上有繼電器或者電機(jī)盡量讓 MRAM 遠(yuǎn)離這些干擾源。我在一個(gè)項(xiàng)目里把 MRAM 放在繼電器旁邊結(jié)果繼電器動(dòng)作時(shí) MRAM 讀出來(lái)的數(shù)據(jù)偶爾會(huì)跳變后來(lái)挪了 2cm 就沒(méi)事了。6. 方案擴(kuò)展與個(gè)人實(shí)操體會(huì)這套方案跑了大半年現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行了十幾臺(tái)設(shè)備沒(méi)出過(guò)數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題。后來(lái)我又做了幾個(gè)擴(kuò)展這里一并說(shuō)一下。一個(gè)是加上了 RTC 時(shí)間戳。STM32L041C6 內(nèi)部有 RTC雖然精度一般但做記錄時(shí)間戳夠用了。每條記錄加上 4 字節(jié)的 Unix 時(shí)間戳讀取的時(shí)候可以直接解析成日期時(shí)間方便上位機(jī)分析。另一個(gè)是做了固件升級(jí)時(shí)的參數(shù)遷移。因?yàn)閰?shù)存在 MRAM 里固件升級(jí)不會(huì)影響參數(shù)區(qū)但結(jié)構(gòu)體定義可能會(huì)變。我的做法是在參數(shù)結(jié)構(gòu)體開(kāi)頭加一個(gè)版本號(hào)升級(jí)后如果版本號(hào)不匹配就自動(dòng)加載默認(rèn)參數(shù)然后讓用戶(hù)重新校準(zhǔn)。還有一個(gè)是加了數(shù)據(jù)壓縮。記錄區(qū)存的是原始 ADC 值每個(gè)點(diǎn) 2 字節(jié)后來(lái)我改成存差值每個(gè)點(diǎn) 1 字節(jié)容量直接翻倍。對(duì)于變化緩慢的工業(yè)參數(shù)來(lái)說(shuō)差值壓縮效果很好解壓也簡(jiǎn)單就是累加而已。我個(gè)人在實(shí)際操作中的體會(huì)是MRAM 這東西用起來(lái)確實(shí)省心但前提是你得把 SPI 時(shí)序調(diào)穩(wěn)、把數(shù)據(jù)校驗(yàn)做足。它不會(huì)像 Flash 那樣給你擦除壽命的焦慮也不會(huì)像 EEPROM 那樣讓你等寫(xiě)入完成。你把它當(dāng)成一個(gè)普通的 RAM 來(lái)用就行只是這個(gè) RAM 掉電不丟數(shù)據(jù)。唯一要注意的就是寫(xiě)入之前別忘了發(fā) WREN以及 CS 的控制要精確。把這兩點(diǎn)做好了剩下的就是正常寫(xiě)代碼的事了。