使用支持快速信號(hào)及偏振狀態(tài)的 FRAM 與使用閃存和 EEPROM 相比，可為敏感代碼及數(shù)據(jù)提供強(qiáng)大保護(hù)。FRAM 存儲(chǔ)器塊可采用不同類型的訪問權(quán)限進(jìn)行配置，進(jìn)一步保護(hù)系統(tǒng)。只讀針對(duì)諸如 LCD 使用的字體等常量，讀寫僅支持變量，而讀取與執(zhí)行僅適用于應(yīng)用代碼。訪問權(quán)限的使用不僅可提高應(yīng)用穩(wěn)定性，防止存儲(chǔ)器的無意識(shí)濫用，而且還可針對(duì)系統(tǒng)蓄意攻擊提供保護(hù)。

此外，FRAM 存儲(chǔ)器管理還可通過 IP 包絡(luò)提供另一層存儲(chǔ)器安全，使開發(fā)人員不但可定義受保護(hù)的存儲(chǔ)器分段，而且還可針對(duì)應(yīng)用進(jìn)行功能拆分。只有通過代碼執(zhí)行在相同包絡(luò)分段內(nèi)才能對(duì)受保護(hù)分段進(jìn)行直接讀寫訪問。這樣，來自未保護(hù)分段的代碼要訪問包絡(luò)分段的唯一途徑就是調(diào)用受保護(hù)分段內(nèi)的函數(shù)。具體而言，處理安全密鑰及數(shù)據(jù)的代碼可通過打包與其它應(yīng)用隔離。這樣，即便應(yīng)用代碼遭到某種毀壞，也不會(huì)暴露系統(tǒng)的安全部分。此外，外部 JTAG 訪問不允許進(jìn)入受保護(hù)分段。不過要特別注意的是，任何設(shè)計(jì)都必須包含安全門入口和多重檢查等軟件設(shè)置，以便傳遞這種安全標(biāo)準(zhǔn)。該實(shí)用硬件特性可產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的意義，但不是萬無一失的“傻瓜式”方案。

電源

采用無線連接的便攜式應(yīng)用在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮電源效率問題。例如，加密通道會(huì)由所使用的握手與認(rèn)證過程大幅提升事務(wù)處理開銷。例如該過程不但可延長(zhǎng)無線電的工作時(shí)間，而且還可延長(zhǎng) CPU 的工作時(shí)間。在使用閃存或 EEPROM 等慢速存儲(chǔ)器技術(shù)時(shí)，無線更新在超過 10 mA 的恒定電流下可以按秒計(jì)，這對(duì)電池的負(fù)面影響非常大。

集成型 AES 256 加密引擎的高效率有助于工程師推出功耗僅為此前所需能源十分之一的加密功能。此外，F(xiàn)RAM 更快的訪問速度與更低的電源需求所消耗的功耗可比傳輸前加密格式記錄數(shù)據(jù)的單位功耗減少約 250 倍。

更好地理解這些數(shù)字，需要考慮執(zhí)行無線更新的低功耗器件。由于這些器件所需電源極少，因此要采用 EEPROM 或閃存的話，一次更新的功耗可能就高達(dá)電池使用壽命的一個(gè)月。而采用 FRAM 的同等系統(tǒng)將使用不足四分之一天的電池使用壽命。

圖 4：TI MSP430FR59xx MCU 采用 FRAM 存儲(chǔ)器管理提供存儲(chǔ)器保護(hù)及 IP 包絡(luò)

此外，F(xiàn)RAM 的高效率還可影響到標(biāo)準(zhǔn)工作期間的電源與存儲(chǔ)器使用效率。閃存和 EEPROM 必須在某一時(shí)刻為存儲(chǔ)器擦除一個(gè)數(shù)據(jù)塊并對(duì)其進(jìn)行編程。因此，要改變單比特系統(tǒng)標(biāo)識(shí)，就必須從閃存讀取 256 字節(jié)的整個(gè)塊，擦除該塊并重新為其寫回?cái)?shù)據(jù)。利用 FRAM，開發(fā)人員可對(duì)全部存儲(chǔ)器進(jìn)行比特級(jí)訪問。

最后，由于 EEPROM 與閃存的讀取、擦除和寫入序列，開發(fā)人員必須使用冗余存儲(chǔ)器塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鏡像，以確保潛在電源損耗過程中的數(shù)據(jù)完整性?？赏ㄟ^使用片上電容器，用 FRAM 提供寫入操作擔(dān)保，來確保有足夠的電源完成當(dāng)前寫入工作。由于 FRAM 寫入的極快速度與更低電流，電容器可以非常小，小得無需鏡像便可集成在 MCU 上。

圖 5：TI MSP430FR59xx MCU 中的 FRAM 為無線固件升級(jí)提供電源管理優(yōu)勢(shì)

FRAM 更高的電源效率可用于支持更長(zhǎng)的電池使用壽命。或者與 EEPROM 或閃存的使用相比，這些設(shè)備能夠以更低的功耗存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)，因此開發(fā)人員可選擇采用較大數(shù)據(jù)緩沖或事件日志。這可幫助設(shè)備在更低頻率下進(jìn)行檢查，從而減少無線電或其它大功耗通信通道必須使用的頻次。

結(jié)論

鑒于設(shè)備互聯(lián)趨勢(shì)的不斷發(fā)展，在 MCU 中集成安全性正在成為一種常見需求。OEM 廠商可通過對(duì)器件預(yù)期工作范圍以外的惡意行為進(jìn)行阻止、檢查并采取相應(yīng)措施，防止數(shù)據(jù)暴露，避免應(yīng)用代碼被覆蓋，為敏感數(shù)據(jù)的交換提供安全的通信通道等措施，來保護(hù)客戶信息以及其自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

FRAM MCU 的高效率架構(gòu)集成的硬件可在既不影響數(shù)據(jù)完整性或可靠性，又可降低功耗的情況下降低軟件復(fù)雜性，簡(jiǎn)化安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這樣，我們就可在低成本下將低功耗應(yīng)用的安全性提升到全新的高度。

作者簡(jiǎn)介

Jacob Borgeson 現(xiàn)任德州儀器 MSP430™ MCU 產(chǎn)品部 FRAM 產(chǎn)品市場(chǎng)營(yíng)銷經(jīng)理，擁有5 年的微控制器和功耗優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)。他此前撰寫出版的文章涉及能量采集、低功耗趨勢(shì)以及無線傳感及個(gè)人醫(yī)療監(jiān)護(hù)應(yīng)用。Borgeson 畢業(yè)于德州理工大學(xué) (Texas Tech University)，先后獲電氣工程學(xué)士學(xué)位與工商管理碩士學(xué)位。