Obrázok 1: Blokovanie diagramu lekárskeho stimulačného zariadenia pomocou externej pamäte na podporu pokročilých funkcií
Prvou výzvou pre systémové architekti je identifikovať správny systém na čip (SOC) alebo mikrokontrolér, ktorý slúži ako srdce systému. Musí byť schopný poskytnúť požadovaný výkon a zároveň znížiť celkový rozpočet systému.
Periférne zariadenia, ako sú externé spomienky, snímače a telemetrické rozhrania musia byť porovnateľné s výkonom SOC / Microcontroller, pričom tiež podporuje kompaktný faktor a efektívnu spotrebu energie.
Výber pamäte
Zvolené zariadenie všeobecne integruje dva typy spomienok, blesk a SRAM.
Flash je relatívne pomalý, non-prchavý pamäť, ktorý podporuje obmedzený počet cyklov zápisu. Používa sa na držanie fixných alebo pomalých meniacich sa dát, ako je aplikačný kód, systémové informácie a / alebo post-spracované užívateľské dátové protokoly.
SRAM je rýchly prístup, prchavá pamäť, ktorá poskytuje neobmedzenú vytrvalosť zápisu. Používa sa na ukladanie dočasných dát systému Run-Time.
Ako sa zvyšuje zložitosť systému, tak robí komplexnosť kódu pre viac matematických funkcií a algoritmov. Vnútorná kapacita pamäte na čipe môže byť nedostatočná. Prenosné zdravotnícke systémy často potrebujú ďalšie ukladanie, ktoré vyžadujú dizajnérov na rozšírenie vnútornej pamäte s externou pamäťou (obrázok 1).
Pre expanziu RAM môže byť použitá nízka výkonová externá pamäť, typicky SRAM s extrémne nízkym aktívnym a pohotovostným prúdom. Možnosti pre nestabilné skladovanie zahŕňajú Flash, EEPROM, MRAM a F-RAM.
Sériová flash pamäť sa používa na nestabilný program a expanziu ukladania údajov z dôvodu jeho nízkych nákladov a dostupnosti vysokých hustôt. Má však relatívne vysokú spotrebu energie, čo znižuje prevádzkovú životnosť zariadení na báze batérie.
Niektoré aplikácie nahrádzajú časť pamäte s EEPROM, ale to ešte nie je šetrne k batérii, najmä ak operácie zahŕňajú rozsiahle píše na EEPROM. Taktiež komplikuje návrh kódu aplikácie.
Magneto-rezistentná RAM (MRM) má neobmedzené zápis. Jeho nevýhodou je však, že spotrebuje veľmi vysoké aktívne a pohotovostné prúdy a je náchylné na magnetické polia, ktoré môžu poškodiť uložené údaje. Tieto charakteristiky preto spôsobujú nevhodné v zdravotníckych pomôckach.
Feroelektrická RAM (F-RAM), má niekoľko kľúčových výhod v prenosných zdravotníckych pomôckach a má vysokú odolnosť proti zápisu.
Lekárske komplikácie
Obrázok 2: Spotreba energie na 4 MB písať (μJ) pre neprchavé pamäťové technológie
Limited Write Endurance EEPROM a Flash vytvára potenciálne problémy pre zdravotnícke pomôcky, ktoré potrebujú ukladať dátové protokoly, ktoré sa neustále aktualizujú. Flash ponúka vytrvalosť pri objednávke 1E + 5 a EEPROM je 1E + 6. Enduácia cyklu f-RAM je 1E + 14 (alebo 100 biliónov). To umožňuje zariadenia, aby mohli prihlásiť viac údajov bez toho, aby museli implementovať komplexné algoritmy na vyrovnanie opotrebovania a dodatočnú kapacitu (obrázok 3).
Druhou výhodou je, že vnútorná architektúra F-RAM spotrebuje rád, že rozkazy nižšiu aktívnu energiu ako blesku nabitia alebo úložné zariadenia na blesku alebo EEPROM (obrázok 2).
Napríklad Excelon F-Rams z pohotovostného režimu Cypress Support, hlboké vypnutie a režimy hibernate nečinnosti. Implementácia ich do aplikácie môže znížiť spotrebu energie približne o približne dve objednávky v kombinácii s nižším režimom aktívneho výkonu.
Obrázok 3: Porovnanie vytrvalostného cyklu pre nestartilné technológie pamäte
EEPROM a FLIGHT vyžadujú ďalšie časy cyklu stránok / stránky, čím sa zvyšuje systém aktívneho času na operácie zápisu. F-RAM je okamžitá ne-volatilita umožňuje akumulátorom ovládané systémy úplne vypnúť napájací zdroj alebo rýchlejšie dopĺňať systém do režimu s nízkym výkonom, aby ste znížili aktívny čas a aktívny prúd.
To tiež zvyšuje spoľahlivosť v aplikáciách, ktoré majú presné požiadavky na časovanie, v ktorých sú údaje ohrozené počas chyby napájania. F-RAM bunky sú tiež vysoko tolerantné na rôzne typy žiarenia, vrátane röntgenových lúčov a gama žiarenia a sú imunitné voči magnetickým poliam, aby sa chránili zaznamenané údaje.
Niektoré zariadenia F-RAM, ako napr F-RAM tiež podporuje kontrolovaný vrcholový prúd (tj regulácia prúdu infush menej ako 1,5 mA), aby sa zabránilo nadmernému vypúšťaniu batérie.
F-RAM môže byť umiestnený v obaloch, ktorý je efektívny. Napríklad ExceLon LP ponúka až 8mbit a je k dispozícii v priemyselnom štandarde Eight-pin Soic a miniatúrne osem-pin GQFN balíčky s priepustnosťou do 50MHz SPI I / O a 108MHz QPI (QUAD-SPI) I / O.
F-RAM prakticky nekonečná vytrvalosť, okamžitá nekompatibilita a nízka spotreba energie umožňujú dizajnérom systémom kombinovať RAM- aj ROM-založené údaje a funkcie v jednej pamäti.
Technológie na báze ROM, vrátane Mask-ROM, OTP-EPROM a NOR-FLASH, sú neprchavé a sú orientované na aplikácie na ukladanie kódov.
NAND-FLASH a EEPROM môžu tiež slúžiť ako nezávislá pamäť údajov. Tieto všetky vyžadujú určitý kompromis, pretože vykonávajú kódu a ukladanie dát s nízkym výkonom v porovnaní s alternatívnymi spomienkami.
Tieto technológie sa zameriavajú na nižšie náklady, čo si vyžaduje kompromisy jednoduchosti používania a / alebo výkonu.
Technológie založené na RAM slúžia ako dátová pamäť a tiež ako pracovný priestor pre spustenie kódu pri vykonávaní z blesku sa dokazuje príliš pomalé. RAM poskytuje zmes kódu a funkčnosti dát, ale jeho prchavá príroda obmedzuje jeho použitie na dočasné uskladnenie.
Prenosné aplikácie vyžadujú optimalizovaný výkon v čo najmenej zložiek.
Použitie viacerých typov pamäti môže viesť k neefektívnosti, komplikuje dizajn kódov a zvyčajne spotrebuje viac energie.
Účinnosť a spoľahlivosť F-RAM umožňuje pre jednu technológiu pamäte zvládnuť kód aj dát.
Má vytrvalosť, aby podporila vysokofrekvenčné zaznamenávanie údajov pri znižovaní systémových nákladov, zvýšenie efektivity systému a redukciu zložitosti systému.
