სურათი 1: სამედიცინო სტიმულატორის აპარატის დიაგრამა გარე მეხსიერების გამოყენებით, მოწინავე ფუნქციონირების უზრუნველსაყოფად
სისტემის არქიტექტორებისთვის პირველი გამოწვევაა ჩიპზე (SoC) ან მიკროკონტროლზე სწორი სისტემის იდენტიფიცირება, რომელიც სისტემის გულს წარმოადგენს. მას უნდა ჰქონდეს სასურველი შესრულების უზრუნველყოფა, ხოლო სისტემის ზოგადი ენერგიის ბიუჯეტის ერთდროულად შემცირება.
პერიფერიული მოწყობილობები, როგორიცაა გარე მეხსიერებები, სენსორები და ტელემეტრიული ინტერფეისები უნდა იყოს შედარებული SoC / მიკროკონტროლერის მუშაობასთან, ხოლო ასევე კომპაქტური ფორმის ფაქტორი და ენერგიის ეფექტური მოხმარება.
მეხსიერების არჩევანი
არჩეული მოწყობილობა ზოგადად აერთიანებს ორი ტიპის მეხსიერებას, ფლეშს და SRAM- ს.
Flash არის შედარებით ნელი წერის, არასტაბილური მეხსიერება, რომელიც მხარს უჭერს შეზღუდული რაოდენობის ჩაწერის ციკლებს. იგი გამოიყენება ფიქსირებული ან ნელა ცვალებადი მონაცემების დასაკავებლად, როგორიცაა პროგრამის კოდი, სისტემის ინფორმაცია და / ან დამუშავებული მომხმარებლის მონაცემების ჟურნალები.
SRAM არის სწრაფად მისაღები, არასტაბილური მეხსიერება, რომელიც უზრუნველყოფს შეუზღუდავი ჩაწერის ციკლის გამძლეობას. იგი გამოიყენება დროებითი სამუშაო დროის სისტემის მონაცემების შესანახად.
სისტემის სირთულის ზრდასთან ერთად იზრდება კოდის სირთულე მრავალი მათემატიკური ფუნქციისა და ალგორითმისთვის. შიდა ჩიპზე მეხსიერების მოცულობა შეიძლება არასაკმარისი იყოს. პორტატულ სამედიცინო სისტემებს ხშირად სჭირდებათ დამატებითი შენახვა, რაც მოითხოვს დიზაინერების შიდა მეხსიერების გაზრდას გარე მეხსიერებასთან (სურათი 1).
დაბალი ენერგიის გარე მეხსიერება შეიძლება გამოყენებულ იქნას ოპერაციული მეხსიერების გაფართოებისთვის, როგორც წესი, SRAM ძალიან დაბალი აქტიური და ლოდინის მიმდინარეობით. არასტაბილური შენახვის ვარიანტებს შორისაა Flash, EEPROM, MRAM და F-RAM.
სერიული ფლეშ მეხსიერება გამოიყენება არააქტიური პროგრამისა და მონაცემთა შენახვის გაფართოებისათვის, მისი დაბალი ღირებულებისა და მაღალი სიმკვრივის არსებობის გამო. ამასთან, მას აქვს შედარებით მაღალი ენერგიის მოხმარება, რაც ამცირებს ელემენტებზე დამყარებული მოწყობილობების მუშაობას.
ზოგიერთი პროგრამა მეხსიერების ნაწილს ანაცვლებს EEPROM- ით, მაგრამ ეს ჯერ კიდევ არ არის შესაფერისი ბატარეისთვის, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ოპერაციები მოიცავს EEPROM- ს ვრცელ წერილებს. ეს ასევე ართულებს აპლიკაციის კოდის დიზაინს.
მაგნიტორეზისტიულ RAM (MRAM) - ს აქვს შეუზღუდავი წერის გამძლეობა. ამასთან, მისი მინუსი ის არის, რომ ის მოიხმარს ძალიან მაღალ აქტიურ და ლოდინის დენებს და მგრძნობიარეა მაგნიტური ველების მიმართ, რომლებსაც შეუძლიათ შენახული მონაცემების გაფუჭება. ამ მახასიათებლების შესაბამისად, იგი უვარგისია ბატარეით მომუშავე სამედიცინო მოწყობილობებში.
Ferroelectric RAM (F-RAM), აქვს რამდენიმე ძირითადი უპირატესობა პორტატულ სამედიცინო მოწყობილობებში და მას აქვს მაღალი წერის ‑ ციკლის გამძლეობა.
სამედიცინო გართულებები
დიაგრამა 2: ენერგიის მოხმარება 4 მბ წერაზე (μJ) არააქროლადი მეხსიერების ტექნოლოგიებისთვის
EEPROM და flash- ის წერის შეზღუდული შესაძლებლობები ქმნის სამედიცინო მოწყობილობებს, რომლებიც საჭიროებენ მონაცემთა ჟურნალების შენახვას, რომლებიც მუდმივად განახლდება. Flash გთავაზობთ გამძლეობას 1E + 5 შეკვეთით და EEPROM არის 1E + 6. F-RAM წერის ციკლის გამძლეობა არის 1E + 14 (ან 100 ტრილიონი). ეს საშუალებას აძლევს მოწყობილობებს, მეტი მონაცემების დარეგისტრირება შეძლონ აცვიათ ნიველირების რთული ალგორითმების და მეტი სიმძლავრის დამატებითი უზრუნველყოფის გარეშე (სურათი 3).
მეორე უპირატესობა ის არის, რომ F ‑ RAM– ის შიდა არქიტექტურა მოიხმარს უფრო დაბალი აქტიური ენერგიის ბრძანებებს, ვიდრე მუხტიანი დაფუძნებული ფლეშ ან EEPROM შენახვის მოწყობილობები (სურათი 2).
მაგალითად, Excelon F ‑ RAM– ები Cypress– ის მხარდაჭერით მოლოდინის რეჟიმში, ღრმა ენერგიის შემცირება და მოჩვენებითი რეჟიმის გამოყოფა. ამის დანერგვა პროგრამაში შეიძლება შეამციროს ენერგიის მოხმარება დაახლოებით ორი რიგის სიდიდით ქვედა აქტიური ენერგიის რეჟიმთან ერთად.
დიაგრამა 3: გამძლეობის ციკლის შედარება არასტაბილური მეხსიერების ტექნოლოგიებისთვის
EEPROM და flash საჭიროებს დამატებით გვერდზე პროგრამის / გვერდის ჩაწერის ციკლის დროებს, რაც ზრდის სისტემის აქტიურ დროს ჩაწერის ოპერაციებისათვის. F ‑ RAM– ის უშუალო არამყარი საშუალებას აძლევს ბატარეით მომუშავე სისტემებს მთლიანად გათიშონ ელექტროენერგიის მიწოდება ან უფრო სწრაფად ჩააგდონ სისტემა დაბალი ენერგიის მოჩვენებულ რეჟიმში, როგორც აქტიური დროის, ისე აქტიური დენის შესამცირებლად.
ეს ასევე ზრდის საიმედოობას იმ პროგრამებში, რომლებსაც აქვთ დროის ზუსტი მოთხოვნები, როდესაც ელექტროენერგიის გაუმართაობის დროს მონაცემები საფრთხეშია. F ‑ RAM უჯრედები ასევე ძალზე ტოლერანტული არიან სხვადასხვა ტიპის გამოსხივების, მათ შორის x ‑ სხივების და გამა გამოსხივების მიმართ და იმუნურია მაგნიტური ველების მიმართ, რომ დაიცვან დაფიქსირებული მონაცემები.
ზოგიერთი F ‑ RAM მოწყობილობა, მაგალითად, Excelon LP, შეიცავს ‑ ჩიპის შეცდომის კორექციის კოდს (ECC), რომელსაც შეუძლია გამოავლინოს და გამოასწოროს ცალკეული ‑ ბიტიანი შეცდომები თითოეულ 64 ‑ ბიტიან მონაცემთა სიტყვაში, რაც ზრდის მონაცემთა კრიტიკული სისტემის მონაცემთა ჟურნალების შენახვის საიმედოობას. F ‑ RAM ასევე მხარს უჭერს კონტროლირებად პიკურ დინებას (მაგ., შემომავალი დენის კონტროლი 1.5 მ.ა.-ზე ნაკლები) აკუმულატორის გადაჭარბებული გამონადენის თავიდან ასაცილებლად.
F ‑ RAM შეიძლება განთავსდეს შეფუთვაში, რომელიც არის სივრცის ეფექტური. მაგალითად, Excelon LP გთავაზობთ 8 მბიტამდე და ის ხელმისაწვდომია ინდუსტრიის სტანდარტულ რვაკინიან SOIC და მინიატურულ რვა პინულ GQFN პაკეტებში, გამტარუნარიანობით 50 მჰც-მდე SPI I / O და 108 მჰც QSPI (Quad ‑ SPI) I / O.
F ‑ RAM– ის პრაქტიკულად უსასრულო გამძლეობა, მყისიერი არასტაბილურობა და დაბალი ენერგიის მოხმარება საშუალებას აძლევს სისტემის დიზაინერებს დააკავშირონ RAM‑ და ROM– ზე დაფუძნებული მონაცემები და ფუნქციები ერთ მეხსიერებაში.
ROM– ზე დაფუძნებული ტექნოლოგიები, მათ შორის ნიღაბი ‑ ROM, OTP ‑ EPROM და NOR ‑ flash, არამდგრადია და ორიენტირებულია კოდის შენახვის პროგრამებზე.
NAND ‑ flash- ს და EEPROM- ს ასევე შეუძლიათ ემსახურებოდეს მონაცემთა არასტაბილურ მეხსიერებას. ეს ყველაფერი გარკვეულ კომპრომისს მოითხოვს, ვინაიდან ისინი ასრულებენ როგორც კოდს, ასევე მონაცემთა შენახვას დაბალი ეფექტურობით, ალტერნატიულ მეხსიერებებთან შედარებით.
ეს ტექნოლოგიები ფოკუსირებულია დაბალ ფასზე, რაც მოითხოვს მარტივად სარგებლობას და / ან მუშაობას.
RAM– ზე დაფუძნებული ტექნოლოგიები ემსახურება როგორც მონაცემთა მეხსიერებას, ასევე კოდის შესრულების სამუშაო ადგილს, Flash– დან შესრულებისას, ძალიან ნელა. RAM უზრუნველყოფს კოდისა და მონაცემთა ფუნქციონირების ნაზავს, მაგრამ მისი არასტაბილური ხასიათი ზღუდავს მის გამოყენებას დროებითი შენახვისთვის.
პორტატული პროგრამები საჭიროებს ოპტიმიზებულ შესრულებას რაც შეიძლება მეტ კომპონენტში.
მრავალჯერადი მეხსიერების ტიპების გამოყენებამ შეიძლება გამოიწვიოს არაეფექტურობა, გაართულებს კოდის დიზაინს და, როგორც წესი, მეტ ენერგიას ხარჯავს.
F ‑ RAM– ის ეფექტურობა და საიმედოობა საშუალებას აძლევს ერთი მეხსიერების ტექნოლოგიას გაუმკლავდეს როგორც კოდს, ასევე მონაცემებს.
მას აქვს გამძლეობა, რომ ხელი შეუწყოს მაღალი სიხშირის მონაცემების აღებას, ხოლო სისტემის შემცირება, სისტემის ეფექტურობის გაზრდა და სისტემის სირთულის შემცირება.
