Jak wykorzystać MRAM w aplikacjach IoT.

Szeregowe pamięci MRAM o wysokich parametrach

Projektanci systemów przetwarzania brzegowego obejmujących automatykę i sterowanie przemysłowe, urządzenia medyczne, urządzenia ubieralne, systemy sieciowe, urządzenia magazynowania danych/RAID, motoryzację i robotykę mogą wykorzystywać układy M30082040054X0IWAY firmy Renesas (ilustracja 4). Dostępne są gęstości w zakresie od 4Mb do 16Mb. Technologia MRAM firmy Renesas jest analogiczna do technologii Flash i jest kompatybilna z czasami zapisu oraz odczytu pamięci SRAM. Dane są zawsze przechowywane trwale, trwałość wynosi 1016 cykli zapisu, a czas retencji przekracza 20 lat w temperaturze 85°C.

Układy M30082040054X0IWAY posiadają szeregowy interfejs urządzeń peryferyjnych (SPI), co eliminuje potrzebę stosowania sterowników programowych urządzenia. SPI jest szeregowym interfejsem synchronicznym wykorzystującym oddzielne linie danych i zegara w celu zachowania idealnej synchronizacji hosta i urządzenia podrzędnego. Zegar informuje odbiornik kiedy dokładnie należy próbkować bity na linii danych. Może to być zbocze narastające (od stanu niskiego do wysokiego) lub opadające (od stanu wysokiego do niskiego), albo obydwa zbocza sygnału zegara.

Ilustracja 4: Układ M30082040054X0IWAY oferuje schematy zarówno sprzętowej, jak i programowej ochrony danych. Ochrona sprzętowa odbywa się za pośrednictwem wtyku WP#. Ochroną programową sterują bity konfiguracji w rejestrze statusu. Obydwa schematy uniemożliwiają zapis do rejestrów i tablicy pamięci. (Źródło ilustracji: © Renesas)

Układ M30082040054X0IWAY obsługuje technologię eXecute-In-Place (XIP), która pozwala na wykonywanie serii instrukcji odczytu i zapisu bez konieczności indywidualnego wczytywania poleceń odczytu lub zapisu dla każdej instrukcji. Dlatego tryb XIP zmniejsza obciążenie poleceniami i skraca czas swobodnego dostępu do odczytu i zapisu.

Układ M30082040054X0IWAY oferuje schematy zarówno sprzętowej, jak i programowej ochrony danych. Ochrona sprzętowa odbywa się za pośrednictwem wtyku WP#. Ochroną programową sterują bity konfiguracji w rejestrze statusu. Obydwa schematy uniemożliwiają zapis do rejestrów i tablicy pamięci. Posiada on 256-bajtową rozszerzoną tablicę magazynu, niezależną od tablicy pamięci głównej. Jest ona programowana przez użytkownika i może być chroniona przed przypadkowym zapisem.

W celu jeszcze lepszego przystosowania do zastosowań niskiej mocy, układy M30082040054X0IWAY posiadają dwa stany niższej mocy: głębokie wyłączenie oraz hibernacja. Dane nie są tracone, gdy urządzenie znajduje się w jednym z wymienionych trybów niskiej mocy. Ponadto urządzenie zachowuje wszystkie swoje konfiguracje.

Urządzenie jest dostępne w niewielkich obudowach 8-polowych DFN (WSON) oraz 8-wtykowych SOIC. Obudowy te są zgodne z podobnymi pamięciami ulotnymi i nieulotnymi niskiej mocy. Są one oferowane w zakresach temperatur roboczych przemysłowych (od -40°C do 85°C) i przemysłowych plus (od -40°C do 105°C).

Wykorzystanie pamięci MRAM

Magnetorezystywne pamięci o dostępie swobodnym (MRAM) pozwalają na znaczne zmniejszenie zużycia energii w porównaniu z innymi technologiami pamięci. Jednak ilość zaoszczędzonej energii różni się w zależności od sposobu użycia w konkretnym zastosowaniu. Podobnie do innych pamięci nieulotnych, prąd zapisu jest znacznie wyższy od prądu odczytu i pogotowia. Z tego względu w zastosowaniach, w których zużycie energii ma znaczenie krytyczne, zaleca się minimalizację czasów zapisu, szczególnie tam, gdzie zapisy do pamięci odbywają się często. Krótsze czasy zapisu w pamięciach MRAM pozwalają rozwiązać ten problem i zmniejszyć zużycie energii w porównaniu z innymi dostępnymi pamięciami nieulotnymi, takimi jak EEPROM lub Flash.

Dodatkowe oszczędności energii są możliwe dzięki wykorzystaniu pamięci MRAM w architekturze bramkowania zasilania i możliwie częstym przełączaniu pamięci w tryb pogotowia. Krótsze czasy włączania i zapisu w pamięciach MRAM pozwalają na częstsze przełączanie pamięci MRAM w tryb pogotowia w porównaniu z innymi pamięciami nieulotnymi. Korzystny jest również zerowy upływ w pamięciach MRAM. Należy pamiętać, że w przypadku stosowania bramkowania zasilania, często wymagany jest większy kondensator odsprzęgający gromadzący energię włączania zasilania.

Płytka ewaluacyjna magnetorezystywnej pamięci o dostępie swobodnym (MRAM)

Aby pomóc projektantom w rozpoczęciu pracy z układami M30082040054X0IWAY, firma Renesas oferuje zestaw ewaluacyjny M3016-EVK. Zawiera on pamięć MRAM o pojemności 16Mb i pozwala użytkownikom na opracowywanie interaktywnych rozwiązań sprzętowych z wykorzystaniem popularnych płytek Arduino (ilustracja 5). Zestaw plug-n-play zawiera płytkę hosta Arduino i oprogramowanie emulatora terminala, które komunikuje się z interfejsem USB komputera hosta. Płytka ewaluacyjna jest montowana na płytce hosta Arduino UNO za pośrednictwem listew UNO R3. Dostarczone programy pozwalają użytkownikom na szybką ewaluację działania urządzenia magnetorezystywnej pamięci o dostępie swobodnym (MRAM).

Podsumowanie

Projektowanie urządzeń przetwarzania brzegowego z wykorzystaniem konwencjonalnych technologii pamięci, takich jak DRAM, SRAM, Flash i EEPROM wiąże się z licznymi kompromisami skutkującymi ograniczeniem parametrów działania. Projektanci zajmujący się przetwarzaniem brzegowym mogą zainteresować się niedawno wprowadzonymi na rynek magnetorezystywnymi pamięciami o dostępie swobodnym (MRAM), które oferują całkowicie swobodny dostęp, umożliwiający swobodny odczyt i zapis w pamięci.

Magnetorezystywne pamięci o dostępie swobodnym (MRAM) pozwalają na zaspokojenie takich potrzeb projektantów urządzeń przetwarzania brzegowego, jak: konieczność przechowywania i pobierania danych bez znacznych latencji, niskie zużycie energii dzięki zerowemu upływowi w trybie pogotowia, a także możliwość wykonania 1016 cykli zapisu oraz możliwość retencji danych przekraczającą 20 lat w temperaturze 85°C.

Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy DigiKey