Larawan 1: I-block ang diagram ng isang aparatong pampasigla ng medisina gamit ang panlabas na memorya upang suportahan ang advanced na pag-andar
Ang unang hamon para sa mga arkitekto ng system ay upang makilala ang tamang system sa chip (SoC) o microcontroller upang magsilbing puso ng system. Dapat ay may kakayahang magbigay ng nais na pagganap habang sabay na binabawasan ang pangkalahatang badyet ng kuryente.
Ang mga peripheral device, tulad ng panlabas na mga alaala, sensor, at interface ng telemetry ay dapat maihambing sa pagganap ng SoC / microcontroller, habang sinusuportahan din ang isang compact form factor at mahusay na pagkonsumo ng kuryente.
Mga pagpipilian sa memorya
Ang napiling aparato sa pangkalahatan ay nagsasama ng dalawang uri ng mga alaala, flash at SRAM.
Ang Flash ay isang medyo mabagal na pagsulat, hindi pabagu-bago ng memorya na sumusuporta sa isang limitadong bilang ng mga cycle ng pagsulat. Ginagamit ito upang hawakan ang maayos o mabagal na pagbabago ng data tulad ng application code, impormasyon ng system, at / o mga post na naproseso na data log ng gumagamit.
Ang SRAM ay isang mabilis na pag-access, pabagu-bago ng memorya na nagbibigay ng walang limitasyong pagtitiyaga ng cycle ng pagsulat. Ginagamit ito upang mag-imbak ng pansamantalang data ng system ng run-time.
Tulad ng pagtaas ng pagiging kumplikado ng system, tumataas din ang code para sa maraming mga pag-andar at algorithm sa matematika. Ang kakayahan sa panloob na memorya ng on-chip ay maaaring hindi sapat. Ang portable na mga medikal na sistema ay madalas na nangangailangan ng karagdagang imbakan, na nangangailangan ng mga tagadisenyo upang dagdagan ang panloob na memorya na may panlabas na memorya (Larawan 1).
Ang isang mababang panlabas na memorya ay maaaring magamit para sa pagpapalawak ng RAM, karaniwang isang SRAM na may labis na mababang aktibo at kasalukuyang standby. Ang mga pagpipilian para sa di-pabagu-bago na imbakan ay may kasamang flash, EEPROM, MRAM, at F-RAM.
Ginamit ang serial flash memory para sa hindi mababagabag na programa at pagpapalawak ng imbakan ng data dahil sa mababang gastos at pagkakaroon ng mataas na mga density. Gayunpaman, ito ay may mataas na pagkonsumo ng enerhiya, na binabawasan ang buhay ng pagpapatakbo ng mga aparatong nakabatay sa baterya.
Ang ilang mga application ay pinapalitan ang isang bahagi ng memorya ng isang EEPROM, ngunit hindi pa rin ito friendly-baterya, lalo na kapag ang mga operasyon ay nagsasangkot ng malawak na pagsusulat sa EEPROM. Pinaghihirapan din nito ang disenyo ng code ng application.
Ang Magneto-resistive RAM (MRAM) ay walang limitasyong pagtitiis sa pagsusulat. Gayunpaman, ang kawalan nito ay kumokonsumo ng napakataas na aktibo at standby na alon at madaling kapitan sa mga magnetic field na maaaring masira ang nakaimbak na data. Samakatuwid ang mga katangiang ito ay ginagawang hindi angkop sa mga aparatong medikal na pinapatakbo ng baterya.
Ang Ferroelectric RAM (F-RAM), ay may maraming mga pangunahing bentahe sa portable na mga aparatong medikal at ito ay may mataas na pagsulat ‑ cycle na pagtitiis.
Mga komplikasyon sa medisina
Larawan 2: Pagkonsumo ng enerhiya bawat 4Mb na isulat (µJ) para sa mga teknolohiyang hindi pabagu-bago ng memorya
Ang limitadong pagtitiis sa pagsulat ng EEPROM at flash ay lumilikha ng mga potensyal na isyu para sa mga aparatong medikal na kailangang mag-imbak ng mga tala ng data na patuloy na na-update. Nag-aalok ang Flash ng pagtitiis sa pagkakasunud-sunod ng 1E + 5 at ang EEPROM ay 1E + 6. Ang pagtitiis ng siklo ng pagsulat ng F-RAM ay 1E + 14 (o 100 trilyon). Pinapayagan nito ang mga aparato na makapag-log ng maraming data nang hindi kinakailangang magpatupad ng mga kumplikadong pag-level ng algorithm at higit sa ‑ pagkakaloob ng karagdagang kapasidad (Larawan 3).
Ang pangalawang kalamangan ay ang panloob na arkitektura ng F ‑ RAM na kumokonsumo ng mga order ng magnitude na mas mababang aktibong enerhiya kaysa singilin ‑ batay sa flash o EEPROM na mga aparato sa pag-iimbak (Larawan 2).
Halimbawa, ang mga Excelon F ‑ RAM mula sa pagsuporta sa Cypress ng standby, malalim na kapangyarihan pababa at hibernate idle mode. Ang pagpapatupad ng mga ito sa isang application ay maaaring mabawasan ang pagkonsumo ng kuryente ng humigit-kumulang na dalawang mga order ng kalakhan kasabay ng mas mababang aktibong power mode.
Larawan 3: Paghahambing ng ikot ng pagtitiis para sa mga hindi mababagabag na teknolohiya ng memorya
Ang EEPROM at flash ay nangangailangan ng karagdagang mga pahina ng cycle ng programa / pahina-magsulat ng mga oras ng pag-ikot, sa gayon pagtaas ng aktibong oras ng system para sa mga pagpapatakbo ng pagsusulat. Pinapayagan ng kaagad na hindi ‑ pagkasumpung ng RAM na nagbibigay-daan sa mga system na pinapatakbo ng baterya upang ganap na patayin ang supply ng kuryente o mas mabilis na mai-drop ang system sa isang mababang mode na idle na kapangyarihan upang mabawasan ang parehong aktibong oras at aktibong kasalukuyang.
Pinagbubuti din nito ang pagiging maaasahan sa mga application na may tumpak na kinakailangan sa oras kung saan nanganganib ang data habang may kasalanan sa kuryente. Ang mga cell ng F ‑ RAM ay lubos ding mapagparaya sa iba`t ibang uri ng radiation, kabilang ang x ‑ ray at gamma radiation at immune sa mga magnetic field, upang maprotektahan ang naitala na data.
Ang ilang mga aparato ng F ‑ RAM, tulad ng Excelon LP, ay nagbibigay sa ‑ chip error correction code (ECC) na maaaring makita at maitama ang solong errors bit na error sa bawat 64 ‑ bit na salitang data, na nagdaragdag ng pagiging maaasahan ng mga tala ng data ng mga system ng system. Sinusuportahan din ng F ‑ RAM ang kinokontrol na kasalukuyang rurok (ie inrush kasalukuyang kontrol na mas mababa sa 1.5 mA) upang maiwasan ang labis na paglabas ng baterya.
Ang F ‑ RAM ay maaaring mailagay sa packaging na puwang. Episyente. Halimbawa, ang Excelon LP ay nag-aalok ng hanggang sa 8Mbit at magagamit sa pamantayan sa industriya na walong ‑ pin SOIC at pinaliit na walong pin na GQFN na pakete na may throughput hanggang 50MHz SPI I / O at 108MHz QSPI (Quad ‑ SPI) I / O.
Ang F ‑ RAM na halos walang katapusang pagtitiis, instant na hindi pagbabago-bago at mababang paggamit ng kuryente ay nagpapahintulot sa mga tagadisenyo ng system na pagsamahin ang parehong data na batay sa RAM‑ at ROM functions at mga pag-andar sa loob ng isang solong memorya.
Ang mga teknolohiya na batay sa ROM ‑, kabilang ang mask ‑ ROM, OTP ‑ EPROM, at flash ng NOR ‑, ay hindi pabagu-bago at nakatuon sa mga application ng pag-iimbak ng code.
Ang NAND ‑ flash at EEPROM ay maaari ring magsilbing hindi ‑ pabagu-bago ng memorya ng data. Ang lahat ng ito ay nangangailangan ng ilang kompromiso, dahil gumanap ang parehong code at pag-iimbak ng data na may mababang pagganap kumpara sa mga alternatibong alaala.
Ang mga teknolohiyang ito ay nakatuon sa mas mababang gastos, na nangangailangan ng isang kalakal ng kadalian ng paggamit at / o pagganap.
Ang mga teknolohiyang nakabatay sa RAM ay nagsisilbing memorya ng data at bilang isang gumaganang puwang para sa pagpapatupad ng code kapag ang pagpapatupad mula sa flash ay nagpapatunay na masyadong mabagal. Nagbibigay ang RAM ng isang timpla ng pag-andar ng code at data, ngunit ang pabagu-bago nitong likas na katangian ay naglilimita sa paggamit nito sa pansamantalang pag-iimbak.
Ang mga portable application ay nangangailangan ng na-optimize na pagganap sa ilang mga bahagi hangga't maaari.
Ang paggamit ng maraming uri ng memorya ay maaaring humantong sa mga pagiging hindi epektibo, kumplikado sa disenyo ng code at karaniwang gumugugol ng mas maraming enerhiya.
Ang kahusayan at pagiging maaasahan ng F ‑ RAM ay ginagawang posible para sa isang solong teknolohiya sa memorya na hawakan ang parehong code at data.
Ito ay may pagtitiis upang suportahan ang mataas na dalas ng pag-log ng data habang ibinababa ang gastos ng system, pagtaas ng kahusayan ng system at pagbawas sa pagiging kumplikado ng system.
