1. attēls: Medicīniskās stimulācijas ierīces bloka diagramma, izmantojot ārējo atmiņu, lai atbalstītu uzlabotas funkcijas
Pirmais izaicinājums sistēmas arhitektiem ir noteikt pareizo sistēmu mikroshēmā (SOC) vai mikrokontrollerā, lai kalpotu kā sistēmas sirds. Tas ir jāspēj nodrošināt vēlamo veiktspēju, vienlaikus samazinot kopējo sistēmas enerģijas budžetu.
Perifērijas ierīces, piemēram, ārējās atmiņas, sensori un telemetrijas saskarnes, jābūt salīdzināmām ar SOC / mikrokontrollera veiktspēju, vienlaikus atbalstot kompaktu veidlapu faktoru un efektīvu enerģijas patēriņu.
Atmiņas izvēle
Izvēlētā ierīce parasti integrē divu veidu atmiņas, flash un SRAM.
Flash ir salīdzinoši lēna rakstīšana, nepastāvīga atmiņa, kas atbalsta ierobežotu skaitu rakstīšanas ciklu. To izmanto, lai turētu fiksētu vai lēnu mainīgus datus, piemēram, lietojumprogrammu kodu, sistēmas informāciju un / vai pēcapstrādātus lietotāja datu žurnālus.
SRAM ir ātra piekļuve, gaistoša atmiņa, kas nodrošina neierobežotu rakstīšanas cikla izturību. To izmanto, lai saglabātu pagaidu darbības laika sistēmas datus.
Tā kā sistēmas sarežģītība palielinās, vai koda sarežģītība vairākām matemātiskajām funkcijām un algoritmiem. Iekšējā atmiņas ietilpība var būt nepietiekama. Portatīvām medicīnas sistēmām bieži ir nepieciešama papildu uzglabāšana, kas prasa dizaineriem palielināt iekšējo atmiņu ar ārējo atmiņu (1. attēls).
RAM paplašināšanai var izmantot zemu jaudas ārējo atmiņu, parasti SRAM ar ļoti zemu aktīvu un gaidīšanas režīmu. Iespējas ne-gaistošās uzglabāšanas ietver Flash, EEPROM, MRAM un F-RAM.
Serial Flash atmiņa tiek izmantota ne-gaistošo programmu un datu uzglabāšanas paplašināšanos, jo tās zemās izmaksas un pieejamību augstu blīvumu. Tomēr tam ir salīdzinoši augsts enerģijas patēriņš, kas samazina baterijas balstītu ierīču darbības laiku.
Daži lietojumprogrammas aizstāj daļu no atmiņas ar EEPROM, bet tas joprojām nav draudzīgs, jo īpaši, ja operācijas ir saistītas ar plašu raksta EEPROM. Tas arī sarežģī pieteikuma koda dizainu.
Magneto-pretestība RAM (MRAM) ir neierobežota rakstīšanas izturība. Tomēr tās trūkums ir tas, ka tas patērē ļoti augstu aktīvu un gaidīšanas strāvu un ir jutīga pret magnētiskajiem laukiem, kas var bojāt saglabātos datus. Tāpēc šie raksturlielumi padara to nepiemērotu akumulatoru darbināmās medicīnas ierīcēs.
Ferroelektriskā RAM (F-RAM), ir vairākas galvenās priekšrocības pārnēsājamām medicīnas ierīcēm, un tai ir augsta rakstīšanas cikla izturība.
Medicīnas komplikācijas
2. attēls: Enerģijas patēriņš uz 4MB rakstīt (μj), kas nav gaistošas atmiņas tehnoloģijas
EEPROM un Flash ierobežotā rakstīšanas izturība rada iespējamos jautājumus medicīnas ierīcēm, kurām nepieciešams saglabāt datu žurnālus, kas tiek pastāvīgi atjaunināti. Flash piedāvā izturību par kārtību 1E + 5 un EEPROM ir 1e + 6. F-RAM raksta cikla izturība ir 1e + 14 (vai 100 triljoni). Tas ļauj ierīcēm, lai varētu pieteikties vairāk datu, neveicot sarežģītus apģērbu nolīdzināšanas algoritmus un pārmērīgu papildu jaudu (3. attēls).
Otra priekšrocība ir tā, ka F-RAM iekšējā arhitektūra patērē lieluma zemākas aktīvās enerģijas pasūtījumus nekā uzlādes zibspuldzes vai EEPROM atmiņas ierīces (2. attēls).
Piemēram, Excelon F-RAMS no Cypress atbalsta gaidīšanas gaidīšanas režīmā. To ieviešana pieteikumā var samazināt enerģijas patēriņu ar aptuveni diviem lieluma pasūtījumiem kopā ar apakšējo aktīvo jaudas režīmu.
3. attēls: izturības cikla salīdzinājums bez gaistošām atmiņas tehnoloģijām
EEPROM un FLASH nepieciešama papildu lapu programma / lapu rakstīšanas cikla laiki, tādējādi palielinot sistēmas aktīvo laiku rakstīšanas operācijām. F-RAM tiešā ne-svārstīgums ļauj akumulatoriem darbināt sistēmas, lai pilnībā izslēgtu barošanas avotu vai ātrāk nometiet sistēmu zemas jaudas gaidīšanas režīmā, lai samazinātu gan aktīvo laiku, gan aktīvo strāvu.
Tas arī uzlabo uzticamību lietojumprogrammās, kurām ir precīzas laika prasības, ja dati ir apdraudēti barošanas traucējumi. F-RAM šūnas ir arī ļoti iecietīgas pret dažādiem starojuma veidiem, tostarp rentgena un gamma starojumu un ir imūna pret magnētiskajiem laukiem, lai aizsargātu ierakstītos datus.
Dažas F-RAM ierīces, piemēram, Excelon LP, nodrošina on-chip kļūdu korekcijas kodu (ECC), kas var atklāt un labot vienu bitu kļūdas ik pēc 64 bitu datu vārda, palielinot kritisko sistēmas datu žurnālu uzglabāšanas uzticamību. F-RAM atbalsta arī kontrolētu maksimālo strāvu (ti, inrush pašreizējo kontroli mazāk nekā 1,5 mA), lai novērstu pārmērīgu akumulatora izlādi.
F-Ram var izmitināt iepakojumā, kas ir efektīvs. Piemēram, Excelon LP piedāvā līdz 8Mbit un ir pieejams nozares standarta astoņu tapu soic un miniatūrā astoņu pin gqfn paketes ar caurlaides līdz 50MHz spi I / O un 108MHz QSPI (Quad-Spi) I / O.
F-RAM praktiski bezgalīgā izturība, tūlītēja ne-svārstīgums un zems enerģijas patēriņš ļauj sistēmas dizaineriem apvienot gan RAM un ROM balstītu datus un funkcijas vienā atmiņā.
ROM balstītas tehnoloģijas, tostarp Mask-ROM, OTP-EPROM un NOR-Flash, ir nepastāvīgi un ir orientēti uz kodu uzglabāšanas lietojumprogrammām.
NAND-Flash un EEPROM var kalpot arī par gaistošu datu atmiņu. Tie visi prasa zināmu kompromisu, jo tie veic gan kodu, gan datu glabāšanu ar zemu veiktspēju, salīdzinot ar alternatīvām atmiņām.
Šīs tehnoloģijas koncentrējas uz zemākām izmaksām, kas prasa kompromisu izmantošanas un / vai veiktspēju.
RAM balstītas tehnoloģijas kalpo kā datu atmiņa un arī kā darba telpa koda izpildei, izpildot no Flash pierāda pārāk lēni. RAM nodrošina koda un datu funkcionalitātes maisījumu, bet tās gaistošo dabu ierobežo tās izmantošanu pagaidu uzglabāšanai.
Portatīvajiem lietojumprogrammām ir nepieciešama optimizēta veiktspēja tik maz sastāvdaļu, cik vien iespējams.
Izmantojot vairākus atmiņas veidus, var novest pie neefektivitātes, sarežģīt kodu dizainu un parasti patērē vairāk enerģijas.
F-RAM efektivitāte un uzticamība ļauj vienai atmiņas tehnoloģijai apstrādāt gan kodu, gan datus.
Tai ir izturība, lai atbalstītu augstfrekvences datu reģistrēšanu, samazinot sistēmas izmaksas, palielinot sistēmas efektivitāti un samazinot sistēmas sarežģītību.
