Mynd 1: Lokamynd af örvunarbúnaði læknis sem notar ytra minni til að styðja við háþróaða virkni
Fyrsta áskorun kerfisarkitekta er að bera kennsl á rétta kerfið á flís (SoC) eða örstýringu til að þjóna sem hjarta kerfisins. Það verður að geta veitt afköst sem óskað er um leið og dregið er úr aflgjafa kerfisins í heild.
Útlæg tæki, svo sem utanaðkomandi minningar, skynjarar og fjarskiptatengi verða að vera sambærileg við árangur SoC / örstýringar, en styðja jafnframt samningan formstuðul og skilvirka orkunotkun.
Minni val
Valið tæki samþættir venjulega tvenns konar minningar, flash og SRAM.
Flash er tiltölulega hægt skrif, óstöðugt minni sem styður takmarkaðan fjölda rita. Það er notað til að geyma föst eða hæg breytileg gögn eins og forritakóða, kerfisupplýsingar og / eða eftirvinnslu notendagagnaskrána.
SRAM er fljótt aðgengilegt, rokgjarnt minni sem veitir ótakmarkað þol við skrifhring. Það er notað til að geyma tímabundnar kerfisgögn fyrir keyrslu.
Þegar flókið kerfi eykst eykst flókinn kóða fyrir margar stærðfræðilegar aðgerðir og reiknirit. Innra minni á flís getur verið ófullnægjandi. Færanleg lækniskerfi þurfa oft viðbótargeymslu og krefjast þess að hönnuðir auki innra minni með ytra minni (mynd 1).
Hægt er að nota ytra minni með minni afl til að auka RAM, venjulega SRAM með mjög lágan virkan og biðstöðu. Valkostir fyrir óstöðugt geymslu eru meðal annars flash, EEPROM, MRAM og F-RAM.
Serial flash-minni er notað við stækkun forrita og gagnageymslu sem ekki er sveiflukennd vegna lágmarks kostnaðar og mikils þéttleika. Hins vegar hefur það tiltölulega mikla orkunotkun, sem dregur úr líftíma rafhlöðutækja.
Sum forrit skipta um hluta af minni með EEPROM, en þetta er samt ekki rafhlöðuvænt, sérstaklega þegar aðgerðir fela í sér umfangsmiklar skrifanir til EEPROM. Það flækir einnig hönnun forritakóða.
Magneto-resistive RAM (MRAM) hefur ótakmarkað skrifþol. Ókostur þess er þó að það eyðir mjög miklum virkum og biðstöðu straumum og er næmur fyrir segulsviðum sem geta spillt geymdum gögnum. Þessir eiginleikar gera það því óhentugt í lækningatækjum með rafhlöðum.
Ferroelectric RAM (F-RAM), hefur nokkra lykilkosti í færanlegum lækningatækjum og það hefur mikið skrifþol.
Læknisfræðilegir fylgikvillar
Mynd 2: Orkunotkun á hverja 4Mb skrifa (µJ) fyrir minni ótækar minni tækni
Takmarkað skrifþol EEPROM og flass skapar hugsanleg vandamál fyrir lækningatæki sem þurfa að geyma gagnaskrá sem stöðugt er verið að uppfæra. Flash býður upp á þrek í röðinni 1E + 5 og EEPROM er 1E + 6. F-RAM skrifþolið er 1E + 14 (eða 100 trilljón). Þetta gerir tækjum kleift að skrá fleiri gögn án þess að þurfa að innleiða flóknar reiknireglur um slit og auka framboð á myndinni (mynd 3).
Annar kostur er að innri arkitektúr F-RAM eyðir stærðargráðu minni virkri orku en hleðsluflash eða EEPROM geymslutæki (mynd 2).
Til dæmis styður Excelon F ‑ RAM frá Cypress biðstöðu, djúpt slökkt og í aðgerðalausri dvala. Með því að innleiða þetta í forrit getur það dregið úr orkunotkun um u.þ.b. stærðargráðu ásamt minni virku afli.
Mynd 3: Samanburður á þolrás fyrir minni ótækan minni tækni
EEPROM og flass krefjast viðbótar blaðsíðnaforrita / blaðsíðutímatíma og auka þannig virkan tíma kerfisins fyrir skrifaðgerðir. F-RAM's tafarlausa óstöðugleiki gerir rafhlöðukerfum kleift að slökkva alfarið á aflgjafanum eða láta kerfið hraðar falla í aðgerðalausa stillingu til að draga úr virkum tíma og virkum straumi.
Þetta eykur einnig áreiðanleika í forritum sem hafa nákvæmar kröfur um tímasetningu þar sem gögn eru í hættu meðan á rafmagnsbilun stendur. F-RAM frumur þola einnig ýmis konar geislun, þar á meðal röntgengeisla og gammageislun og eru ónæmar fyrir segulsviðum til að vernda skráð gögn.
Sum F-RAM tæki, svo sem Excelon LP, bjóða upp á villuleiðréttingarkóða á flís (ECC) sem getur greint og leiðrétt staka bita villur í hverju 64 bita gagnaorði og eykur áreiðanleika geymslu kerfisgagna. F-RAM styður einnig stýrðan hámarksstraum (þ.e. innstreymisstraumsstýringu minna en 1,5 mA) til að koma í veg fyrir of mikla losun rafhlöðunnar.
F-RAM er hægt að hýsa í umbúðum sem eru sparneytnar. Sem dæmi, Excelon LP býður upp á allt að 8Mbit og er fáanlegur í iðnaðar stöðluðum átta pinna SOIC og litlu átta pinna GQFN pakka með afköst allt að 50MHz SPI I / O og 108MHz QSPI (Quad-SPI) I / O.
F-RAM er nánast óendanlegt þrek, skjót óstöðugleiki og lítil orkunotkun gerir kerfishönnuðum kleift að sameina bæði RAM- og ROM-byggð gögn og aðgerðir í einu minni.
ROM-byggð tækni, þ.mt mask-ROM, OTP ‑ EPROM og NOR-flash, er ekki sveiflukennd og beinist að kóða geymsluforritum.
NAND-flass og EEPROM geta einnig þjónað sem ófleygt gagnaminni. Þetta þarfnast allrar málamiðlunar, þar sem þeir framkvæma bæði kóða og gagnageymslu með litlum afköstum miðað við aðrar minningar.
Þessi tækni einbeitir sér að lægri tilkostnaði, sem krefst þess að skipt verði um notagildi og / eða afköst.
RAM-byggð tækni þjónar sem gagnaminni og einnig sem vinnurými til að framkvæma kóða þegar keyrt er úr flassi reynist of hægt. RAM veitir blöndu af kóða og gagnavirkni, en sveiflukennd eðli hans takmarkar notkun þess við tímabundna geymslu.
Færanleg forrit krefjast bjartsýni í eins fáum hlutum og mögulegt er.
Notkun margra minnisgerða getur leitt til óskilvirkni, flækir hönnun kóða og eyðir venjulega meiri orku.
Skilvirkni og áreiðanleiki F-RAM gerir það mögulegt fyrir eina minni tækni að höndla bæði kóða og gögn.
Það hefur þrek til að styðja við hátíðni gagnaskráningu á meðan það lækkar kerfiskostnað, eykur kerfisnýtni og dregur úr flækjum kerfisins.
