瑞萨电子：RA系列MCU与外部闪存的高效协作，助力高性能应用

随着物联网（IoT）和边缘计算的发展，设计人员正不断探索新的架构来满足日益增长的性能需求。为了支持更复杂的用例，如高端图形处理、音频处理或机器学习，越来越多的设计开始采用外部闪存作为扩展方案。这一趋势不仅受到复杂应用需求的驱动，也得益于独立内存价格的显著下降。使用外部存储器可以有效扩展嵌入式系统中的代码和数据空间，因为外部闪存能够直接集成到MCU的存储器映射中，实现直接读取和用于数据记录或软件存储及执行。

对于物联网产品制造商而言，采用外部闪存在高性能应用中带来了诸多优势，包括存储容量选择的灵活性以及设计面向未来的可能性。当开发人员需要增加新功能时，只需简单地更换为引脚兼容的大容量内存，而无需重新设计整个电路板。此外，这种方法还允许制造商采用统一平台策略，降低开发成本并加快上市速度。

然而，使用外部存储器并非没有挑战。访问外部存储器会引入额外延迟，尽管可以通过使用四通道或八通道SPI接口以及精心管理缓存来缓解这一问题。同时，外部存储器还会带来轻微的功率消耗增加和额外的成本。在PCB设计方面，也需要考虑信号完整性和布线复杂性的问题。但这些挑战并未阻碍其广泛应用，尤其是在需要高带宽和快速响应的应用场景下，如图形、音频处理和数据记录。

对于微控制器（MCU）制造商来说，将MCU与存储器分离意味着可以转向更先进的工艺节点，从而提升性能、功能和能效，同时降低成本。因此，大多数MCU制造商现在都集成了四通道或八通道SPI接口，并支持就地执行（XiP）功能，使得MCU能够无缝连接NOR闪存器件。某些MCU还支持动态解密（DOTF），允许加密图像安全地存储在外置闪存中并导入执行，确保了边缘应用所需的高性能、低功耗和高级安全性。

瑞萨电子RA系列MCU：优化外部存储器接口与安全特性

瑞萨电子的RA系列MCU专为解决上述挑战而设计，它们不仅集成了嵌入式闪存，还提供了多个与外部存储器连接的接口选项，以实现最大的灵活性和性能。特别是，所有RA8系列MCU都配备了符合eXpanded串行外设接口（xSPI）标准的八通道SPI接口，该接口支持高达200MB/s的数据吞吐量，极大提高了数据传输速率。这使得RA系列MCU特别适合于需要快速内存访问的应用，如图形、音频或数据记录。例如RA8M1系列首款基于 Arm ® Cortex ® -M85 (CM85) 内核的 32 位微控制器 (MCU)，在 480 MHz 下提供超过 3000 CoreMark 点的突破性性能，具有完全确定性、低延迟、实时操作，可满足客户最苛刻的应用需求。这些是通用 MCU 设备，可满足工业自动化、家用电器、智能家居、消费电子、楼宇/家居自动化和医疗/保健市场领域的各种高性能和计算密集型应用。

Octal SPI接口的功能亮点

协议：遵循JEDEC标准JESD251（Profile 1.0和2.0）、JESD251-1和JESD252。

支持的存储器类型：包括八通道闪存和RAM、HyperFlash和HyperRAM。

数据吞吐量：最高可达每秒200MB。

数据传输/接收：支持最多两个从站通信，而非并发通信。

操作模式：支持就地执行（XiP）。

工作模式：

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

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

内存映射：每个片选（CS）最多支持256MB地址空间，具备预取功能以减少突发读取延迟，以及优秀的缓冲区用于高吞吐量的突发写入。

安全性：部分RA8 MCU支持动态解密（DOTF），增强了系统的安全性。

除了内部闪存和外部存储器接口外，RA8 MCU还包括紧密耦合存储器（TCM）和I/D缓存，有助于进一步优化性能。TCM是一种零等待状态内存，具有最低延迟，适用于存放代码的关键部分。这种组合使RA系列MCU能够在保证高性能的同时，提供灵活且可扩展的存储解决方案。

多种灵活的存储配置

内部嵌入式闪存执行：代码存储并在内部嵌入式闪存中执行，这种方式简单、低延迟、高度安全且节能，但不具备扩展性。

外部闪存执行（XiP）：代码存储在外部flash中并在外部flash执行，这是最灵活和可扩展的选择，但可能会略微增加功耗和延迟。

外部闪存加载至内部SRAM或TCM执行：此方法提供最高性能，因为代码是在快速的SRAM中执行，不过受限于SRAM大小，并可能增加软件复杂性和唤醒时间。

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