Рисунок 1: Блочная схема медицинского стимуляции устройства с использованием внешней памяти для поддержки расширенной функциональности
Первая задача для системных архитекторов заключается в том, чтобы определить правильную систему на микросхеме (SOC) или микроконтроллера, чтобы служить сердцем системы. Он должен быть способен обеспечить желаемую производительность, одновременно уменьшая общую систему энергоблодного бюджета.
Периферические устройства, такие как внешние воспоминания, датчики и интерфейсы телеметрии, должны быть сопоставимы с характеристиками SOC / микроконтроллера, а также поддерживая компактный форм-фактор и эффективное энергопотребление.
Выбор памяти
Выбранное устройство обычно объединяет два типа воспоминаний, вспышки и срама.
Flash - это относительно медленная, ненутрительная память, которая поддерживает ограниченное количество циклов записи. Используется для хранения фиксированных или медленных изменяющихся данных, таких как код приложения, системная информация и / или после обработаны журналы данных пользователей.
SRAM - это быстрое доступу, волатильная память, которая обеспечивает неограниченную выносливость цикла записи. Он используется для хранения временных данных временных систем времени.
В качестве сложности системы увеличивается, так же, как сложность кода для множественных математических функций и алгоритмов. Внутренняя емкость памяти на чип может быть недостаточно. Портативные медицинские системы часто требуют дополнительного хранения, требующие дизайнеров для увеличения внутренней памяти с внешней памятью (рис. 1).
Внешняя память с низкой мощностью может использоваться для расширения ОЗУ, обычно срам с чрезвычайно низким активным и резервным током. Варианты нелетучего хранения включают вспышку, EEPROM, MRAM и F-RAM.
Последовательная флэш-память используется для ненулительной программы и расширения хранения данных из-за его низкой стоимости и наличия высокой плотности. Однако он имеет относительно высокое энергопотребление, что снижает срок эксплуатации устройств на основе батареи.
Некоторые приложения заменяют часть памяти с помощью EEPROM, но это все еще не устранено, особенно когда операции включают в себя обширные пишеты в EEPROM. Это также усложняет дизайн кода приложения.
Magneto-резистивная RAM (MRAM) имеет неограниченную запись выносливости. Однако его недостаток в том, что он потребляет очень высокие активные и резервные токи и восприимчивается к магнитным полям, которые могут повредить хранимые данные. Следовательно, эти характеристики делают его непригодным в медицинских устройствах, управляемых аккумуляторами.
Ферроэлектрический RAM (F-RAM), имеет несколько ключевых преимуществ в портативных медицинских устройствах, и он имеет высокую выносливость цикла записи.
Медицинские осложнения
Рисунок 2: Расход энергии на 4 МБ Написать (μJ) для ненутрильных технологий памяти
Ограниченная выносливость EEPROM и Flash создает потенциальные проблемы для медицинских устройств, которые необходимо хранить журналы данных, которые постоянно обновляются. Flash предлагает выносливость на порядку 1E + 5 и EEPROM составляет 1E + 6. Выносливость цикла пикирования F-RAM 1E + 14 (или 100 трлн). Это позволяет устройствам иметь возможность регистрировать больше данных без необходимости реализации сложных алгоритмов износовой выравнивания и дополнительному пропускной способности к обеспечению превышения (рис. 3).
Второе преимущество состоит в том, что внутренняя архитектура F-RAM потребляет порядки более низкой активной энергии, чем на основе заряда или устройства хранения EEPROM (рисунок 2).
Например, Excelon F-RAMS от поддержки Cypress standby, глубокой мощности и гибернации режимов ожидания. Реализация их в приложение может снизить энергопотребление примерно на два порядка в сочетании с более низким режимом активного питания.
Рисунок 3: Сравнение цикла выносливости для ненулительных технологий памяти
EEPROM и FLASH требуют дополнительной программы страницы / время цикла записи страницы, тем самым увеличивая активное время в системе для операций записи. Непосвеление F-RAM, непосредственно не волатильность позволяет системным питанием от батареи полностью отключить источник питания или более быстро отбросить систему в режим ожидания низкой мощности, чтобы уменьшить как активное время, так и активное ток.
Это также повышает надежность в приложениях, которые имеют точные требования времени, когда данные подвержены риску во время неисправности питания. Клетки F-RAM также высокотелерантны к различным типам излучения, включая рентгеновские лучи и гамма-излучение и невосприимчивы к магнитным полям, для защиты записанных данных.
Некоторые устройства F-RAM, такие как Excelon LP, предоставляют код коррекции ошибок на микросхеме (ECC), который может обнаруживать и исправлять однобитные ошибки в каждом 64-битном слове данных, увеличивая надежность хранения данных о критической системе системных данных. F-RAM также поддерживает контролируемый пиковый ток (т.е. точный контроль тока менее 1,5 мА) для предотвращения чрезмерного разряда батареи.
F-RAM может быть размещена в упаковке, которая является космическими. Например, Excelon LP предлагает до 8 Мбит и доступен в отраслевой стандарте восьмистен-буксирных и миниатюрных восьмистенных пакетах GQFN с пропускной способностью до 50 МГц SPI I / O и 108 МГц QSPI (Quad-Spi) ввода / вывода.
F-RAM практически бесконечная выносливость, мгновенное отсутствие волатильности и низкое энергопотребление позволяют дизайнерам системы объединить как данные, основанные на RAM-и ROM, так и функции в течение одной памяти.
Технологии на основе ROM, включая маска-ROM, OTP-EPROM и NOR-Flash, неретилены и ориентированы на приложения для хранения кода.
NAND-Flash и EEPROM также могут служить ненулительными памятью данных. Все это требуют какого-то компромисса, поскольку они выполняют как код, так и хранилище данных с низкой производительностью по сравнению с альтернативными воспоминаниями.
Эти технологии сосредоточены на более низких затратах, которые требуют компромисса простоты использования и / или производительности.
Technologies на основе RAM служит памятью данных, а также в качестве рабочего пространства для выполнения кода при выполнении от Flash доказывает слишком медленно. ОЗУ предоставляет смесь кода и функциональности данных, но его волатильная природа ограничивает его использование во временное хранилище.
Портативные приложения требуют оптимизированной производительности как можно меньше компонентов.
Использование нескольких типов памяти может привести к неэффективности, усложняет дизайн кода и обычно потребляет больше энергии.
Эффективность и надежность F-RAM позволяют одной технологии памяти для обработки как кода, так и к данным.
Он имеет выносливость для поддержки высокочастотных веществ данных в то время как снижение стоимости системы, повышая эффективность системы и снижение сложности системы.
