Comment limiter la consommation énergétique dans les systèmes embarqués grâce à la SRAM avec veille prolongée

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L'un de mes groupes préférés est le duo de DJ français Daft Punk. L'excentricité de ce groupe est de se faire passer pour des robots et de s'habiller dans de magnifiques costumes de robots lors de leurs concerts. En 2013, ils ont sorti un album intitulé Random Access Memories, ou RAM, pour continuer dans leur thématique des robots. Cependant, ce qu'ils n'ont pas précisé, c'était de quel type de RAM il s'agissait. Vous et moi savons que, dans le monde des systèmes embarqués, le type de mémoire est un élément assez important. En matière de consommation énergétique, la mémoire SRAM a certains avantages que n'ont pas la mémoire Flash, notamment la DRAM. Il existe désormais différentes variétés de SRAM disponibles pour les applications embarquées. Quand elle est exploitée correctement, la SRAM avec capacité de veille prolongée vous offre aussi bien la rapidité qu'une économie d'énergie.

La SRAM dans les systèmes embarqués

C'est dur de choisir le groupe ou l'artiste que l'on préfère ; il y en a des centaines de milliers et dans tellement de genres différents. Mais quand il s'agit de choisir la mémoire pour votre système embarqué, le choix est un peu plus facile. Faisons un comparatif rapide des mémoires SRAM, Flash et DRAM pour voir exactement pourquoi la SRAM serait optimale dans votre système.

Il existe de nombreux types de mémoires conçus pour les systèmes embarqués, les plus récents étant, par exemple, les périphériques CBRAM et Spin Wave. Il y a aussi les mémoires plus classiques, telles que Flash, SRAM, et DRAM, chacune trouvant sa fonction dans le système. Il faut savoir que l'emplacement physique de ces différents types de mémoire ainsi que la manière dont vous y accédez  influent sur la consommation énergétique. Un autre facteur à prendre en compte, c'est le fonctionnement de l'architecture de la mémoire. La mémoire DRAM doit être rafraîchie pour retenir les données, ce qui en fait une mémoire plus énergivore que d'autres. Flash est souvent utilisée pour stocker du code, alors que SRAM est utilisée pour mettre en cache, et DRAM pour la mémoire générale.

Le microcontrôleur qui exécute votre système traite les données très rapidement et a besoin d'une mémoire capable de suivre le rythme. C'est pour cela que la mémoire SRAM est habituellement utilisée pour le cache. Flash et DRAM ont toutes les deux de longs délais d'écriture, ce qui limite l'unité du microcontrôleur (MCU). SRAM est aussi surtout limitée aux mémoires caches en raison de sa petite taille. DRAM est utilisée pour des opérations nécessitant de plus gros blocs de stockage temporaire.

La SRAM et la DRAM trouvent toutes les deux leur place dans les systèmes embarqués.

Types de SRAM

Daft Punk est mon groupe préféré, mais il y a aussi de grands artistes que j'admire dans d'autres genres. Il est tout aussi important de savoir, non seulement que vous utiliserez une mémoire SRAM, mais aussi quel type de mémoire. Une mémoire SRAM avec veille prolongée peut, globalement, vous offrir aussi bien la rapidité d'exécution qu'une économie d'énergie.

Avant l'explosion des appareils électroniques portables, la mémoire SRAM était plutôt axée sur la vitesse d'exécution. Depuis que nous nous promenons avec des superordinateurs dotés de processeurs très énergivores, la SRAM à faible consommation énergétique s'est trouvée une niche. Les types de mémoire plus rapides ont des délais d'accès d'environ 10 ns, par rapport aux délais de 45 ns de mémoires moins énergivores. Ces dernières consomment, évidemment, moins d'énergie, avec un courant d'exécution de 36 mA contre 110 mA, et un courant en veille étonnamment faible, à 16 µA, par rapport aux types plus rapides de 30 mA. Ces deux types de mémoires sont, bien sûr, spécialisées et offrent d'excellentes fonctionnalités dans leurs propres cas d'utilisation. Toutefois, ni l'une, ni l'autre n'offrent ce que nous recherchons réellement : la vitesse et l'économie d'énergie.

La mémoire SRAM avec veille prolongée est un type de mémoire hybride qui nous offre quasiment le meilleur des deux mondes. Avec des délais d'accès de 10 ns, elle est ultra rapide et son état de « veille prolongée » équivaut pratiquement à celui d'un courant à faible consommation en veille, soit 22 µA. En dehors de la veille prolongée, son courant en veille est toujours de 30 mA, et pendant une exécution normale, elle consomme toujours 110 mA. Utilisée correctement, la SRAM avec veille prolongée peut vous offrir les performances recherchées, tout en vous économisant autant d'énergie qu'une mémoire à faible consommation.

La SRAM avec veille prolongée vous permet d'économiser de l'énergie.

Quand utiliser la SRAM avec veille prolongée ?

Il est important d'adapter la musique aux circonstances : la Sonate au Clair de Lune de Beethoven en pleine soirée d'anniversaire serait une mauvaise idée. Il en va de même pour la mémoire SRAM avec veille prolongée : elle sera utile à certaines occasions, et à d'autres, pas du tout.

Il y a un cas de figure dans lequel l'utilisation d'une SRAM avec veille prolongée n'est pas du tout efficace. Il s'agit des moments où les temps d'utilisation actifs de la mémoire SRAM sont trop rapprochés pour qu'elle puisse se mettre en veille prolongée. Supposons que votre SRAM entre en veille prolongée au bout de 300 µs, et que votre système y accède toutes les 250 µs. Votre SRAM n'aura jamais le temps de se mettre en veille prolongée et devra se comporter, au fond, comme une SRAM classique. Vous allez devoir dépenser de l'argent pour quelque chose qui fait ce que toute SRAM classique peut faire. Avant de mettre en œuvre une SRAM avec veille prolongée dans votre système, assurez-vous que vous allez réellement optimiser ses capacités de veille prolongée.

Vous vous dites peut-être que la SRAM avec veille prolongée sera difficile à intégrer à votre système. Faudra-t-il revoir vos connexions ou la sauvegarde de votre batterie, le cas échéant ? Heureusement, la réponse est non, pas vraiment. Une SRAM avec veille prolongée n'a qu'une seule broche supplémentaire, par rapport aux SRAM rapides classiques. Si vous n'arrivez pas à faire rentrer une broche supplémentaire là-dedans, alors je ne sais pas quoi vous dire.

Mes choix musicaux ne vous inspirent peut-être pas, mais j'espère que vous arrivez à apprécier l'utilité d'une SRAM avec veille prolongée. Vous utilisez peut-être la SRAM en tant que cache pour votre MCU, où ses délais d'accès sont bien moindres que ceux de la mémoire Flash et DRAM. Je suis sûr que vous appréciez l'économie d'énergie offerte par la SRAM, par rapport à la DRAM. Mais en utilisant une SRAM rapide avec des capacités de veille prolongée, vous bénéficierez de plus de rapidité et d'une économie d'énergie. Assurez-vous seulement que votre système soit capable d'exploiter les fonctionnalités de la veille prolongée.

Quel que soit le type de mémoire utilisé par votre système, vous avez besoin d'un bon logiciel de conception de circuits imprimés pour l'intégrer correctement. CircuitStudio dispose d'un éventail de fonctionnalités performantes qui vous aideront à intégrer tout type de mémoire dans vos conceptions.

Vous avez d'autres questions concernant les mémoires SRAM ? Contactez un expert Altium.