Σχήμα 1: Block Diagram μιας ιατρικής διάταξης διέγερσης χρησιμοποιώντας εξωτερική μνήμη για να υποστηρίξει προηγμένη λειτουργικότητα
Η πρώτη πρόκληση για τους αρχιτέκτονες του συστήματος είναι να εντοπίσει το σωστό σύστημα στο Chip (SOC) ή στον μικροελεγκτή για να χρησιμεύσει ως καρδιά του συστήματος. Πρέπει να είναι σε θέση να παρέχει την επιθυμητή απόδοση ενώ ταυτόχρονα μειώνοντας τον προϋπολογισμό ισχύος του συνολικού συστήματος.
Οι περιφερειακές συσκευές, όπως οι εξωτερικές αναμνήσεις, οι αισθητήρες και οι διασυνδέσεις τηλεμετρίας πρέπει να είναι συγκρίσιμες με την απόδοση SoC / Microcontroller, υποστηρίζοντας επίσης έναν συμπαγή παράγοντα μορφής και την αποτελεσματική κατανάλωση ενέργειας.
Επιλογές μνήμης
Η επιλεγμένη συσκευή ενσωματώνει γενικά δύο τύπους αναμνήσεων, φλας και SRAM.
Το Flash είναι μια σχετικά αργή εγγραφή, μη πτητική μνήμη που υποστηρίζει έναν περιορισμένο αριθμό κύκλων εγγραφής. Χρησιμοποιείται για τη συγκράτηση σταθερών ή αργών μεταβαλλόμενων δεδομένων, όπως τον κωδικό εφαρμογής, τις πληροφορίες συστήματος και / ή τα ταχυδρομικά αρχεία καταγραφής δεδομένων χρηστών.
Το SRAM είναι μια γρήγορη πρόσβαση, πτητική μνήμη που παρέχει απεριόριστη αντοχή κύκλου εγγραφής. Χρησιμοποιείται για την αποθήκευση δεδομένων προσωρινής λειτουργίας.
Καθώς αυξάνεται η πολυπλοκότητα του συστήματος, η πολυπλοκότητα του κώδικα για τις πολλαπλές μαθηματικές λειτουργίες και αλγόριθμους. Η εσωτερική χωρητικότητα μνήμης σε τσιπ μπορεί να είναι ανεπαρκής. Τα φορητά ιατρικά συστήματα συχνά χρειάζονται πρόσθετη αποθήκευση, που απαιτούν σχεδιαστές να αυξήσουν την εσωτερική μνήμη με εξωτερική μνήμη (Εικόνα 1).
Μια εξωτερική μνήμη χαμηλής ισχύος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επέκταση RAM, τυπικά ένα SRAM με εξαιρετικά χαμηλό ενεργό και αναμονικό ρεύμα. Οι επιλογές για μη πτητική αποθήκη περιλαμβάνουν το Flash, EEPROM, MRAM και F-RAM.
Η σειριακή μνήμη flash χρησιμοποιείται για μη πτητικό πρόγραμμα και επέκταση αποθήκευσης δεδομένων λόγω του χαμηλού κόστους του και της διαθεσιμότητας υψηλών πυκνότητας. Ωστόσο, έχει σχετικά υψηλή κατανάλωση ενέργειας, η οποία μειώνει τη διάρκεια ζωής των συσκευών που βασίζονται στην μπαταρία.
Ορισμένες εφαρμογές αντικαθιστούν ένα τμήμα της μνήμης με ένα EEPROM, αλλά αυτό δεν είναι ακόμα φιλικό προς την μπαταρία, ειδικά όταν οι λειτουργίες περιλαμβάνουν εκτεταμένες γράφουσες στο EEPROM. Περιλαμβάνει επίσης τον σχεδιασμό κώδικα εφαρμογής.
Το MAGNETO-RESTIVE RAM (MRAM) έχει απεριόριστη αντοχή εγγραφής. Το μειονέκτημα του, ωστόσο, είναι ότι καταναλώνει πολύ υψηλά ενεργά και αναμονικά ρεύματα και είναι ευαίσθητο σε μαγνητικά πεδία τα οποία μπορούν να καταστρέψουν αποθηκευμένα δεδομένα. Αυτά τα χαρακτηριστικά τους καθιστούν ακατάλληλα σε ιατρικές συσκευές που λειτουργούν με μπαταρία.
Η σιδηροηλεκτρική μνήμη RAM (F-RAM), έχει αρκετά βασικά πλεονεκτήματα σε φορητές ιατρικές συσκευές και έχει υψηλή αντοχή κύκλου εγγραφής.
Ιατρικές επιπλοκές
Εικόνα 2: κατανάλωση ενέργειας ανά εγγραφή 4MB (μι) για μη πτητικά τεχνολογίες μνήμης
Η περιορισμένη αντοχή εγγραφής του EEPROM και Flash δημιουργεί πιθανά ζητήματα για ιατρικές συσκευές που χρειάζονται αποθήκευση καταγραφών δεδομένων που ενημερώνονται συνεχώς. Το Flash προσφέρει αντοχή της τάξης των 1ης + 5 και η EEPROM είναι 1E + 6. Η αντοχή του κύκλου F-RAM WRITE είναι 1E + 14 (ή 100 τρισεκατομμύρια). Αυτό επιτρέπει στις συσκευές να είναι σε θέση να καταγράφουν περισσότερα δεδομένα χωρίς να χρειάζεται να εφαρμόσουν πολύπλοους αλγόριθμους που ισοδυναμείνων φθοράς και πρόσθετη χωρητικότητα υπερδιέγερσης (Σχήμα 3).
Ένα δεύτερο πλεονέκτημα είναι ότι η εσωτερική αρχιτεκτονική της F-RAM καταναλώνει εντολές μεγέθους χαμηλότερης ενεργού ενεργειακής ενέργειας από τη χρέωση με χρέωση φλας ή συσκευές αποθήκευσης EEPROM (Σχήμα 2).
Για παράδειγμα, το Excelon F-Rams από την αναμονή υποστήριξης Cypress, Deep Power Down και οι λειτουργίες αδρανοποίησης αδρανών. Την εφαρμογή αυτών σε μια εφαρμογή μπορεί να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας κατά περίπου δύο τάξεις μεγέθους σε συνδυασμό με το κατώτερο ενεργό λειτουργία τροφοδοσίας.
Σχήμα 3: Σύγκριση αντοχής κύκλο για μη-πτητική μνήμη τεχνολογίες
Τα EEPROM και Flash απαιτούν πρόσθετες ώρες κύκλου σελίδας / σελίδων-σελίδων, αυξάνοντας έτσι τον ενεργό χρόνο συστήματος για λειτουργίες εγγραφής. Η άμεση μη μεταβλητότητα του F-RAM επιτρέπει στα συστήματα που λειτουργούν με μπαταρία να απενεργοποιούν πλήρως την τροφοδοσία ρεύματος ή πιο γρήγορα να αποχωρήσουν το σύστημα σε κατάσταση ρελαντί χαμηλής ισχύος για να μειώσετε τόσο τον ενεργό χρόνο όσο και το ενεργό ρεύμα.
Αυτό ενισχύει επίσης την αξιοπιστία σε εφαρμογές που έχουν ακριβείς απαιτήσεις χρονισμού όπου τα δεδομένα διατρέχουν κίνδυνο κατά τη διάρκεια σφάλματος ισχύος. Τα κύτταρα F-RAM είναι επίσης εξαιρετικά ανεκτικά σε διάφορους τύπους ακτινοβολίας, συμπεριλαμβανομένων των ακτίνων Χ και της ακτινοβολίας γάμμα και είναι άνοσοι σε μαγνητικά πεδία, για την προστασία των εγγεγραμμένων δεδομένων.
Ορισμένες συσκευές F-RAM, όπως το Excelon LP, παρέχουν τον κωδικό διόρθωσης σφαλμάτων στο τσιπ (ECC) το οποίο μπορεί να ανιχνεύσει και να διορθώσει σφάλματα μονής bit σε κάθε λέξη δεδομένων 64 bit, αυξάνοντας την αξιοπιστία αποθήκευσης των αρχείων καταγραφής δεδομένων κρίσιμης σημασίας. Το F-RAM υποστηρίζει επίσης ελεγχόμενο ρεύμα αιχμής (δηλ
Το F-RAM μπορεί να στεγαστεί σε συσκευασία που είναι αποδοτική διαστήματος. Για παράδειγμα, το Excelon LP προσφέρει έως και 8Mbit και διατίθεται στη βιομηχανία τυποποιημένων οκτώ καρφίτσας και μινιατούρα οκτώ ακίδων πακέτα GQFN με την απόδοση μέχρι 50MHz SPI I / O και 108MHz QSPI (Quad-SPI) I / O.
Η ουσιαστικά άπειρη αντοχή της F-RAM, η άμεση μη μεταβλητότητα και η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας επιτρέπουν στους σχεδιαστές συστήματος να συνδυάζουν τόσο τα δεδομένα RAM και ROM όσο και τις λειτουργίες που βασίζονται σε μία μόνο μνήμη.
Οι τεχνολογίες που βασίζονται σε ROM, συμπεριλαμβανομένης της μάσκας-ROM, του OTP-EPROM και Nor-Flash, είναι μη πτητικά και είναι προσανατολισμένα προς τις εφαρμογές αποθήκευσης κώδικα.
Το NAND-Flash και το EEPROM μπορούν επίσης να χρησιμεύσουν ως μη πτητική μνήμη δεδομένων. Αυτά χρειάζονται κάποιους συμβιβασμούς, καθώς εκτελούν τόσο κώδικα όσο και αποθήκευση δεδομένων με χαμηλή απόδοση σε σύγκριση με εναλλακτικές αναμνήσεις.
Αυτές οι τεχνολογίες επικεντρώνονται στο χαμηλότερο κόστος, το οποίο απαιτεί ένα εμπόδιο ευκολίας χρήσης και / ή επιδόσεων.
Οι τεχνολογίες που βασίζονται σε RAM χρησιμεύουν ως μνήμη δεδομένων και επίσης ως χώρος εργασίας για εκτέλεση κώδικα κατά την εκτέλεση από το Flash αποδεικνύεται πολύ αργή. Η RAM παρέχει ένα μείγμα λειτουργικότητας κώδικα και δεδομένων, αλλά η πτητική του φύση περιορίζει τη χρήση της για προσωρινή αποθήκευση.
Οι φορητές εφαρμογές απαιτούν βελτιστοποιημένες επιδόσεις όσο το δυνατόν λιγότερα εξαρτήματα.
Η χρήση πολλών τύπων μνήμης μπορεί να οδηγήσει σε ανεπάρκειες, περιπλέκει τον σχεδιασμό κώδικα και να καταναλώνει συνήθως περισσότερη ενέργεια.
Η αποτελεσματικότητα και η αξιοπιστία της F-RAM καθιστά δυνατή την αντιμετώπιση μιας μόνο τεχνολογίας μνήμης και των δεδομένων.
Έχει την αντοχή να υποστηρίξει την καταγραφή δεδομένων υψηλής συχνότητας κατά τη μείωση του κόστους του συστήματος, την αύξηση της απόδοσης του συστήματος και τη μείωση της πολυπλοκότητας του συστήματος.
