Зураг 1: Дэвшилтэт ажиллагааг дэмжихийн тулд гадны санах ойг ашиглан анагаах ухааны өдөөх төхөөрөмжийн блок схем
Системийн архитекторуудын хувьд тулгарч буй хамгийн эхний бэрхшээл бол системийн гол үүрэг болох чип (SoC) эсвэл микроконтроллер дээрх зөв системийг тодорхойлох явдал юм. Энэ нь системийн гүйцэтгэлийн нийт төсвийг нэгэн зэрэг бууруулахын зэрэгцээ хүссэн гүйцэтгэлийг хангах чадвартай байх ёстой.
Гаднах ой санамж, мэдрэгч, телеметрийн интерфэйс зэрэг захын төхөөрөмжүүд нь SoC / микроконтроллерийн ажиллагаатай харьцуулж байх ёстой бөгөөд авсаархан хэлбэрийн хүчин зүйл, эрчим хүчний хэмнэлттэй хэрэглээг дэмжих шаардлагатай.
Санах ойн сонголтууд
Сонгосон төхөөрөмж нь ерөнхийдөө флэш болон SRAM гэсэн хоёр төрлийн ой санамжийг нэгтгэдэг.
Флэш нь харьцангуй удаан бичдэг, өөрчлөгддөггүй санах ой бөгөөд хязгаарлагдмал тооны циклийг дэмждэг. Энэ нь програмын код, системийн мэдээлэл, / эсвэл дараа боловсруулсан хэрэглэгчийн өгөгдлийн бүртгэл зэрэг тогтмол эсвэл удаан өөрчлөгддөг өгөгдлийг хадгалахад ашиглагддаг.
SRAM бол бичих мөчлөгийн хязгааргүй тэсвэр тэвчээрийг өгдөг хурдан хандалттай, өөрчлөгддөг санах ой юм. Энэ нь түр хугацааны ажиллах үеийн системийн өгөгдлийг хадгалахад ашиглагддаг.
Системийн нарийн төвөгтэй байдал нэмэгдэхийн хэрээр олон тооны математик функцууд ба алгоритмуудын кодын нарийн төвөгтэй байдал нэмэгдэж байна. Дотоод чип дээрх санах ойн багтаамж хангалтгүй байж магадгүй юм. Эмнэлгийн зөөврийн системүүд ихэвчлэн нэмэлт хадгалах сан шаарддаг тул дизайнеруудаас дотоод санах ойг гадаад санах ойгоор нэмэгдүүлэх шаардлагатай болдог (Зураг 1).
Бага чадлын гадаад санах ойг RAM өргөтгөлд ашиглаж болно, ихэвчлэн маш бага идэвхитэй ба зогсолтын гүйдэлтэй SRAM. Дэгдэмхий бус хадгалах сангийн сонголтууд нь флэш, EEPROM, MRAM, F-RAM орно.
Цуваа флэш санах ой нь хямд, өндөр нягтралтай тул байнгын програм, өгөгдөл хадгалах өргөтгөлд ашиглагддаг. Гэхдээ энэ нь харьцангуй өндөр эрчим хүчний хэрэглээтэй тул батарейнд суурилсан төхөөрөмжүүдийн ашиглалтын хугацааг бууруулдаг.
Зарим програмууд санах ойн нэг хэсгийг EEPROM-оор орлуулдаг боловч энэ нь батерейнд тохиромжгүй хэвээр байх болно, ялангуяа үйл ажиллагаа нь EEPROM руу өргөн хэмжээний бичвэр бичих шаардлагатай болдог. Энэ нь програмын кодын дизайныг төвөгтэй болгодог.
Magneto-resistive RAM (MRAM) нь бичих хязгааргүй тэсвэр тэвчээртэй байдаг. Үүний сул тал нь маш өндөр идэвхтэй, зогсолтгүй гүйдлийг хэрэглэдэг бөгөөд хадгалагдсан өгөгдлийг гэмтээх соронзон оронуудад мэдрэмтгий байдаг. Эдгээр шинж чанарууд нь батерейгаар ажилладаг эмнэлгийн хэрэгсэлд тохиромжгүй болгодог.
Ferroelectric RAM (F-RAM) нь зөөврийн эмнэлгийн төхөөрөмжийн хэд хэдэн давуу талтай бөгөөд бичих мөчлөгийн тэсвэр хатуужил өндөртэй.
Эмнэлгийн хүндрэлүүд
Зураг 2: Тогтмол бус санах ойн технологид 4Mb бичихэд эрчим хүчний зарцуулалт (EnergyJ)
EEPROM ба флэшийн бичих хязгаарлагдмал тэсвэр тэвчээр нь байнга шинэчлэгддэг өгөгдлийн бүртгэлийг хадгалах шаардлагатай эмнэлгийн төхөөрөмжүүдэд гарч болзошгүй асуудлуудыг үүсгэдэг. Flash нь 1E + 5-ийн дарааллаар тэсвэрлэх чадварыг санал болгодог бөгөөд EEPROM нь 1E + 6 байна. F-RAM бичих мөчлөгийн тэсвэрлэх чадвар нь 1E + 14 (эсвэл 100 их наяд) юм. Энэ нь төхөөрөмжүүдэд илүү их өгөгдлийг бүртгэлд оруулах боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр элэгдэл тэгшлэх алгоритмуудыг хэрэгжүүлэлгүйгээр нэмэлт хүчин чадалтай болно (Зураг 3).
Хоёрдахь давуу тал бол F ‑ RAM-ийн дотоод архитектур нь цэнэг дээр суурилсан флэш эсвэл EEPROM хадгалах төхөөрөмжөөс бага эрчим хүчний захиалгыг ашигладаг явдал юм (Зураг 2).
Жишээлбэл, Cypress-ийн Excelon F ‑ RAM-ууд нь зогсолтын горимыг дэмжиж, идэвхгүй горимд шилжүүлдэг. Эдгээрийг хэрэглээнд нэвтрүүлснээр эрчим хүчний хэрэглээг хамгийн бага идэвхтэй тэжээлийн горимтой хослуулан ойролцоогоор хоёр дарааллаар бууруулах боломжтой.
Зураг 3: Тогтмол бус санах ойн технологийг тэсвэрлэх мөчлөгийн харьцуулалт
EEPROM ба флэш нь нэмэлт хуудас-програм / хуудас бичих мөчлөгийн хугацааг шаарддаг тул бичих үйлдлийн системийн идэвхитэй хугацааг нэмэгдүүлдэг. F ‑ RAM-ийн шууд хэлбэлзэлгүй байдал нь батерейгаар ажилладаг системүүд тэжээлийн хангамжийг бүрэн унтрааж эсвэл системийг бага чадлын сул горимд хурдан унагаж, идэвхтэй цаг ба идэвхтэй гүйдлийг аль алиныг нь багасгах боломжийг олгодог.
Энэ нь цахилгаан эрчим хүчний доголдлын үед өгөгдөл эрсдэлд ордог цаг хугацааны нарийн шаардлага бүхий хэрэглээний найдвартай байдлыг нэмэгдүүлдэг. F ‑ RAM эсүүд нь бүртгэгдсэн өгөгдлийг хамгаалахын тулд рентген болон гамма цацраг зэрэг янз бүрийн цацраг туяанд маш тэсвэртэй бөгөөд соронзон орны дархлаатай байдаг.
Excelon LP гэх мэт зарим F ‑ RAM төхөөрөмжүүд нь 64 битийн өгөгдөл болгон дахь нэг битийн алдааг илрүүлж, засах боломжтой чипийн алдааг засах кодыг (ECC) хангаж өгдөг тул системийн өгөгдлийн бүртгэлийн хадгалалтын найдвартай байдлыг нэмэгдүүлдэг. F ‑ RAM нь батерейг хэт их цэнэглэхээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд хяналттай оргил гүйдлийг (өөрөөр хэлбэл 1.5 мА-аас бага гүйдлийн хяналтыг) дэмждэг.
F ‑ RAM-ийг зай багатай хэмнэлттэй сав баглаа боодол дотор байрлуулж болно. Жишээлбэл, Excelon LP нь 8Mbit хүртэлх саналыг санал болгодог бөгөөд 50MHz SPI I / O, 108MHz QSPI (Quad ‑ SPI) I / O хүртэлх дамжуулалт бүхий үйлдвэрлэлийн стандарт найман зүүтэй SOIC болон бяцхан найман зүү бүхий GQFN багцуудад байдаг.
F ‑ RAM-ийн бараг хязгааргүй тэсвэр тэвчээр, агшин зуурын хэлбэлзэлгүй, бага эрчим хүчний хэрэглээ нь системийн дизайнеруудад RAM‑ ба ROM-д суурилсан өгөгдөл, функцийг нэг санах ой дотор нэгтгэх боломжийг олгодог.
ROM дээр суурилсан технологиуд, үүнд маск ‑ ROM, OTP ‑ EPROM, NOR ‑ флаш зэрэг нь хувирамтгай биш бөгөөд код хадгалах програмуудад чиглэгддэг.
NAND ‑ флэш ба EEPROM нь өгөгдлийн санах ойн үүргийг гүйцэтгэдэг. Эдгээр нь өөр санах ойтой харьцуулахад кодыг болон өгөгдлийн санг хоёуланг нь бага гүйцэтгэлтэй гүйцэтгэдэг тул зарим нь харилцан буулт хийхийг шаарддаг.
Эдгээр технологиуд нь хямд өртөг зардалд анхаарлаа төвлөрүүлдэг бөгөөд энэ нь ашиглахад хялбар, гүйцэтгэлийг багасгах боломжийг шаарддаг.
RAM-д суурилсан технологиуд нь өгөгдлийн санах ой болон флэшээс ажиллахад кодыг гүйцэтгэх ажлын талбар болж өгдөг. RAM нь код болон өгөгдлийн функцийг хольж өгдөг боловч тогтворгүй шинж чанар нь түүний хэрэглээг түр хадгалах замаар хязгаарладаг.
Зөөврийн програмууд нь аль болох цөөн бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд оновчтой гүйцэтгэл шаарддаг.
Олон санах ойн төрлийг ашиглах нь үр ашиггүй байдалд хүргэж, кодын дизайныг төвөгтэй болгож, ихэвчлэн илүү их энерги зарцуулдаг.
F ‑ RAM-ийн үр ашиг, найдвартай байдал нь нэг санах ойн технологийг код болон өгөгдлийг хоёуланг нь зохицуулах боломжийг олгодог.
Энэ нь системийн өртөгийг бууруулах, системийн үр ашгийг дээшлүүлэх, системийн нарийн төвөгтэй байдлыг багасгахын зэрэгцээ өндөр давтамжийн өгөгдлийг бүртгэхэд дэмжлэг үзүүлэх тэсвэр тэвчээртэй юм.
