搭载MRAM单片机和传统Flash单片机有什么区别？

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作者 | strongerHuang

公众号 | strongerHuang

MRAM：Magnetic Random Access Memory，磁性随机存储器，是一种利用电子自旋的磁性状态而非电荷来存储数据的非易失性存储器。

最近几年MRAM存储器逐渐应用在单片机领域，它也是一种被广泛认为是极具潜力的“通用型内存”候选技术，旨在同时融合SRAM的高速、DRAM的高密度以及Flash的非易失性。

MRAM核心工作原理

MRAM的基本存储单元是磁性隧道结（Magnetic Tunnel Junction, MTJ）。其核心结构类似一个“三明治”，由两层铁磁性材料夹着一层极薄的绝缘隧道势垒层构成。

• 固定层 (Fixed Layer)：其中一层是“钉死”的永磁体，其磁化方向固定不变，作为参考基准。

  
  

• 自由层 (Free Layer)：另一层的磁化方向可以自由改变，用于存储数据。

  
  

• 数据存储机制：数据的“0”和“1”由自由层相对于固定层的磁化方向来决定。

当两层磁化方向平行时，MTJ呈现低电阻状态，通常代表数据“0”。

当两层磁化方向反平行时，MTJ呈现高电阻状态，通常代表数据“1”。

这种电阻随磁性状态变化的现象被称为隧道磁阻效应（Tunnel Magnetoresistance, TMR），是MRAM读取数据的物理基础。通过测量MTJ的电阻值，即可“读出”其存储的数据。

最近，瑞萨推出了RX74M和RX74N旗舰32位MCU，首款基于22纳米工艺且搭载MRAM的RX系列产品。

https://www.renesas.com/en/about/newsroom/renesas-launches-rx74m-and-rx74n-flagship-32-bit-mcus-first-rx-family-built-22nm-process-and

RX74主要特点

• 高达 600 MHz 的 RXv3e 核心和高速 MRAM 带来快速、可靠的实时性能。

• RX74M 支持主流工业网络——包括 EtherCAT、支持 TSN 的千兆以太网以及 CAN FD，且均集成于单一设备中。

• 基于硬件的安全功能满足下一代安全需求，例如符合《网络韧性法案》以及支持后量子密码学。

由22纳米工艺和MRAM实现的超高速实时处理

随着工业系统变得越来越复杂，人们对稳定、高速执行以及在网络中同步连接大量节点的系统需求日益增长。RX74M和RX74N基于22纳米工艺制造，集成了600 MHz的RXv3e核心、1 MB的MRAM（磁阻式随机存取存储器）、256 KB的零等待状态TCM（紧耦合存储器）和1.5 MB的SRAM，即使在具有频繁中断和分支的工作负载下，也能提供快速、低抖动的实时处理能力。

与传统的嵌入式Flash闪存不同，MRAM无需先执行擦除操作即可写入数据。这使得代码和数据更新更快、编程时间更短，并减少了系统停机时间，从而提高了那些频繁存储参数和日志或更新数据的应用程序的响应速度。

MRAM核心特性与优势

MRAM的综合性能使其在众多存储技术中脱颖而出：

• 真正的非易失性：断电后数据不会丢失，数据保留时间可超过15年，这消除了待机功耗和刷新功耗。

• 高速读写：读写速度可达纳秒级，性能接近SRAM，远快于Flash。

• 近乎无限的耐久性：写入寿命极高，可承受超过 10¹⁵ 次的擦写循环，远非Flash可比。

• 低功耗：尤其在待机状态下，由于无需电力维持数据，功耗极低。先进的写入技术（如STT）也在不断降低操作功耗。