Cómo la memoria FRAM simplifica el registro de datos del sistema integrado

Siempre me ha resultado más fácil tomar decisiones cuando las opciones eran claras. Al elegir entre blanco o negro, correcto o incorrecto, puede tomar su decisión y nunca arrepentirse. Sin embargo, las decisiones que implican elegir negro, blanco o uno de los muchos tonos de gris realmente me estresan. Estaba feliz de cumplir con mi lógica binaria hasta que entró en el mercado comercial la memoria ferromagnética de acceso aleatorio (FRAM) y me vi obligado a adoptar uno de los tonos de gris.

Hasta este momento, mis únicas opciones de hardware de registro de datos para sistemas embebidos eran la memoria estática de acceso aleatorio (SRAM) y la tecnología Flash. Aquellos de ustedes que trabajaron en la era anterior a FRAM probablemente entiendan mi lucha por comprometer los problemas de integridad de datos de SRAM con la resistencia de escritura relativamente baja de Flash. Para aquellos de ustedes que no lo hacen, déjenme explicarles ...

Cómo FRAM se compara con SRAM y FLASH

Inicialmente me encontré con chips de memoria FRAM en 2005 y me cautivaron sus características. El coste de implementación fue alto, así que tuve que esperar 3 años hasta poder usar FRAM en mis diseños. Antes de comenzar a glorificar sus méritos, echemos un vistazo rápido a SRAM y Flash, ambos chips de memoria populares por derecho propio.

SRAM es una forma de memoria volátil. Esto significa que los datos almacenados en la memoria se borran cuando se corta o se corta la fuente de alimentación. Lo mejor de SRAM es que tiene un ciclo de escritura ilimitado, lo que significa que no se deteriora físicamente a medida que se usa.

^{No permita que sus datos estén a merced de una batería minúscula}

En el otro extremo del espectro se encuentra la memoria Flash, una memoria no volátil. Esto lo hace particularmente útil para almacenar registros de transacciones que deben permanecer intactos, incluso cuando se retira la fuente de alimentación. El único inconveniente es la baja resistencia de escritura, que a menudo es de decenas de miles. Una vez que ha alcanzado este límite, cualquier intento adicional de escritura no se registrará en las celdas de memoria respectivas.

FRAM es un chip de memoria que hereda las ventajas de las memorias SRAM y Flash. FRAM es una memoria de alta resistencia no volátil que tiene una resistencia de escritura extremadamente alta. Actualmente admite miles de millones, si no billones de ciclos de escritura. Aún mejor, el coste de FRAM ha disminuido dramáticamente a medida que el proceso de fabricación de chips de memoria FRAM ha madurado. Como era de esperar, esto ha cambiado la forma en que la arquitectura de registro de datos está diseñada en tecnología de sistemas integrados.

La importancia del registro de datos en sistemas integrados

La capacidad confiable de registro de datos en sistemas embebidos siempre ha sido obligatoria independientemente de su aplicación. Por ejemplo, los sistemas de alarma contra incendios requieren que todos los eventos se registren correctamente en caso de una auditoría, y los sistemas de gestión de asistencia requieren registros precisos del movimiento de los empleados dentro de las instalaciones en el controlador de hardware.

^{La integridad de los datos es la siguiente cosa más importante que hacer sonar la alarma.}

Si bien la mayoría de los diseñadores eléctricos no tienen problemas para implementar una arquitectura de registro de datos precisa, preservar la integridad de los datos en caso de falla de energía es un desafío. Lo mismo se puede decir acerca de garantizar que la vida útil de los chips de memoria se extienda al máximo.

Cómo FRAM cambia los diseños de registro de datos en sistemas integrados.

Una excelente manera de visualizar el registro de datos es pensar en los miles de libros en la universidad. Recuperar su libro favorito de Harry Potter tomará menos de un par de minutos cuando todo esté correctamente organizado. Sin embargo, si los estantes repentinamente no tienen etiquetas o los libros están fuera de lugar, entonces está en una búsqueda larga y tediosa. En los sistemas integrados, se almacenan decenas de miles de registros en la memoria, y las aplicaciones de software los recuperan constantemente a una base de datos externa. Eso significa que el microcontrolador (MCU) en sí mismo debe ser lo suficientemente inteligente como para realizar un seguimiento de los datos más nuevos y antiguos y mitigar lo que sucede cuando la memoria está llena.

^{El registro de datos es simple hasta que empiece a perder la noción de los registros.}

La forma antigua y simple de hacer esto es almacenar todos los registros de transacciones en una SRAM de respaldo de batería y asignar algunos punteros de datos que realicen un seguimiento de lo que se ha registrado y lo que ha recuperado el software. La limitación de este enfoque es que la integridad de los datos depende 100% de la batería de respaldo. Esto significa que debe cruzar los dedos y esperar que la batería siga viva si el sistema sufre una falla de energía o una falla genérica de hardware.

Por otro lado, las memorias Flash eliminan la mayoría de las preocupaciones de retención de datos. Si bien los datos de la transacción se pueden almacenar en la memoria Flash, los punteros de datos aún deben almacenarse en la SRAM de respaldo de la batería.O eso, o podría arriesgarse a dañar las celdas de memoria Flash individuales que tienen baja resistencia de escritura. Alternativamente, los desarrolladores de firmware podrían implementar un sofisticado algoritmo de gestión de datos. Esto elimina la necesidad de punteros de datos, pero puede complicar demasiado el sistema completo e introducir errores innecesarios.

Cuando FRAM se convirtió en un componente electrónico comercialmente viable a fines de la década de 2000, el registro de datos se volvió ridículamente simple. Los punteros de datos podrían guardarse en FRAM sin temor a la corrupción por pérdida de energía o al deterioro físico del chip de memoria. Desde entonces, FRAM y Flash han destacado en mis diseños de sistemas integrados que incluyen el seguimiento del controlador de monitoreo de procesos y las operaciones de registro de múltiples máquinas.

¿Esto significa que FRAM reemplazará totalmente a Flash y SRAM? Depende. FRAM hace un mejor trabajo en las áreas en las que Flash y SRAM luchan. Su capacidad para retener datos al tiempo que garantiza un ciclo de vida prolongado la convierte en la opción ideal para aplicaciones que requieren almacenar configuraciones y registros dinámicos. Dicho esto, Flash sigue siendo la mejor opción para almacenar grandes transacciones, ya que su capacidad es mucho mayor que la de FRAM.

En cuanto a SRAM, he dejado de usarlo por completo en mis diseños de sistemas integrados. Como resultado del coste decreciente de FRAM y su no volatilidad, en general, supera los beneficios del ciclo de escritura ilimitado de SRAM. Sin embargo, hago una excepción para los sistemas integrados donde el microcontrolador necesita arrancar desde una SRAM externa.

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¿Tiene alguna pregunta sobre FRAM? No dude en hablar con nuestro equipo en Altium.