Слика 1: Блок дијаграм на уред за медицинска стимулација со употреба на надворешна меморија за поддршка на напредната функционалност
Првиот предизвик за архитектите на системот е да го идентификуваат вистинскиот систем на чип (SoC) или микроконтролер кој ќе служи како срцето на системот. Таа мора да биде способна да ги обезбеди посакуваните перформанси, истовремено намалувајќи го вкупниот буџет за напојување на системот.
Периферните уреди, како што се надворешните мемории, сензори и телеметрични интерфејси мора да бидат споредливи со перформансите на SoC / микроконтролерот, истовремено поддржувајќи фактор на компактна форма и ефикасна потрошувачка на енергија.
Избори на меморија
Избраниот уред генерално интегрира два типа на мемории, блиц и SRAM.
Флеш е релативно бавно запишувачка, нестабилна меморија која поддржува ограничен број на циклуси на пишување. Се користи за чување на фиксни или бавно менувачки податоци, како што се кодот на апликацијата, системски информации и / или пост-обработени логови на податоци за корисникот.
SRAM е брза пристапна, испарлива меморија која обезбедува неограничена издржливост на циклусот на пишување. Се користи за складирање на податоци на системот со привремено време на траење.
Како што се зголемува комплексноста на системот, така се зголемува и сложеноста на кодот за повеќе математички функции и алгоритми. Капацитетот на внатрешната меморија на чипот може да биде недоволен. Преносливите медицински системи често имаат потреба од дополнително складирање, што бара од дизајнерите да ја зголемат внатрешната меморија со надворешната меморија (Слика 1).
За проширување на RAM меморијата може да се користи надворешна меморија со мала моќност, обично SRAM со исклучително мала активна и мирна струја. Опциите за нестабилно складирање вклучуваат блиц, EEPROM, MRAM и F-RAM.
Сериската флеш меморија се користи за ненапарлива програма и проширување на складирање на податоци заради неговата ниска цена и достапноста на високи густини. Сепак, има релативно голема потрошувачка на енергија, што го намалува работниот век на уредите базирани на батерии.
Некои апликации заменуваат дел од меморијата со EEPROM, но тоа сè уште не е пријателско за батеријата, особено кога операциите вклучуваат широко запишување на EEPROM. Исто така, го комплицира дизајнот на апликацискиот код.
Магнеторезистивната RAM меморија (MRAM) има неограничена издржливост при запишување. Неговиот недостаток е, сепак, дека троши многу високи активни и мирни струи и е подложен на магнетни полиња што можат да ги расипат зачуваните податоци. Овие карактеристики го прават тоа несоодветен во медицинските помагала што работат со батерии.
Фероелектрична RAM меморија (F-RAM), има неколку клучни предности во преносни медицински помагала и има голема издржливост на циклусот на пишување.
Медицински компликации
Слика 2: Потрошувачка на енергија по пишување од 4 MB (μJ) за технологии на непостојана меморија
Ограничената издржливост при запишување на EEPROM и блицот создава потенцијални проблеми за медицинските помагала што треба да складираат дневници со податоци што постојано се ажурираат. Флешот нуди издржливост по редослед 1E + 5, а EEPROM е 1E + 6. Издржливоста на циклусот на запишување F-RAM е 1E + 14 (или 100 трилиони). Ова им овозможува на уредите да можат да логираат повеќе податоци без да имаат потреба да спроведуваат сложени алгоритми за израмнување на абење и дополнителен капацитет за обезбедување прекумерно (слика 3).
Втора предност е тоа што внатрешната архитектура на F ‑ RAM троши поредок помала активна енергија од флеш-базиран или уреди за складирање EEPROM (Слика 2).
На пример, Excelon F ‑ RAM меморијата од Cypress поддржува режим на подготвеност, длабоко напојување и хибернација на режимите на мирување. Спроведувањето на овие во апликација може да ја намали потрошувачката на енергија за приближно два реда од големината во комбинација со режимот на пониска активна моќност.
Слика 3: Споредба на циклусот на издржливост за технологии на непостојана меморија
EEPROM и блицот бараат дополнително време на циклус на програма-страница / страница за пишување, со што се зголемува активното време на системот за операции за запишување. Непостојаноста на непосредната моќност на F ‑ RAM им овозможува на системите управувани од батерии целосно да го исклучат напојувањето или побрзо да го испуштат системот во режим на мирување со мала моќност за да ги намалат активното време и активната струја.
Ова исто така ја подобрува веродостојноста во апликациите што имаат прецизни барања за тајминг кога податоците се изложени на ризик при дефект на напојувањето. F ‑ RAM-клетките се исто така високо толерантни на разни видови зрачење, вклучително и x ‑ зраци и гама зрачење и се имуни на магнетни полиња, за да се заштитат снимените податоци.
Некои уреди со F ‑ RAM меморија, како што е Excelon LP, обезбедуваат код за корекција на грешки на чипови (ECC) што може да открие и корегира единечни битни грешки во секој 64-битни податоци, зголемувајќи ја веродостојноста на складирањето на дневниците на системот. F ‑ RAM меморијата исто така поддржува контролирана врвна струја (т.е. контрола на струја помала од 1,5 mA) за да се спречи прекумерното празнење на батеријата.
F ‑ RAM меморијата може да се смести во амбалажа што е ефикасна во просторот. На пример, Excelon LP нуди до 8Mbit и е достапен во стандардните индустриски осум пински SOIC и минијатурни осум-пински GQFN пакети со проток до 50MHz SPI I / O и 108MHz QSPI (Quad ‑ SPI) I / O.
Виртуелно бесконечна издржливост на F ‑ RAM меморијата, непосредна непостојаност и мала потрошувачка на енергија им овозможуваат на дизајнерите на системот да комбинираат податоци и функции базирани на RAM‑ и ROM within во рамките на една меморија.
Технологиите базирани на ROM, вклучувајќи маски ‑ ROM, OTP ‑ EPROM и блиц NOR, не се непостојани и се ориентирани кон апликации за складирање кодови.
NAND ‑ блицот и EEPROM исто така можат да послужат како непостојана меморија на податоци. Овие сите бараат одреден компромис, бидејќи тие вршат и код и складирање на податоци со ниски перформанси во споредба со алтернативните мемории.
Овие технологии се фокусираат на пониски трошоци, што бара размена на лесна употреба и / или перформанси.
Технологиите базирани на RAM меморија служат како меморија на податоци и исто така како работен простор за извршување на кодот при извршување од блиц се покажува премногу бавно. RAM меморијата обезбедува мешавина од код и функционалност на податоците, но нејзината непостојана природа ја ограничува неговата употреба на привремено складирање.
Преносливите апликации бараат оптимизирана изведба во што е можно помалку компоненти.
Користењето повеќе типови меморија може да доведе до неефикасност, го комплицира дизајнот на кодот и обично троши повеќе енергија.
Ефикасноста и сигурноста на F ‑ RAM меморијата овозможува една технологија за меморија да ракува и со код и со податоци.
Има издржливост за поддршка на запишување на податоци со висока фреквенција додека ги намалува трошоците на системот, ја зголемува ефикасноста на системот и ја намалува комплексноста на системот.
