Чем различаются ROM, EEPROM, Flash и FRAM при выборе памяти
Чем четыре технологии энергонезависимой памяти различаются по ресурсу перезаписи и блоку стирания, как считается ресурс под задачу и что проверяется в документации.
Энергонезависимая память на плате хранит три разных вида данных: программу, настройки и накапливаемые записи. Требования к ним не совпадают. Программа пишется один раз при выпуске и потом только читается, настройки меняются редко, журнал событий переписывается постоянно. Под каждый случай подходит своя технология, и выбор между ними определяется числом циклов перезаписи, размером минимального записываемого блока и поведением при внезапном отключении питания.
Ниже — чем различаются постоянная память, электрически стираемая память, флеш-память и сегнетоэлектрическая память, как считается ресурс под задачу и что проверить в документации до закупки. Позиции собраны в разделе микросхемы памяти.
Четыре технологии и их различия
| Тип памяти | Перезапись | Минимальный блок стирания | Где применяется |
|---|---|---|---|
| Постоянная память с записью при изготовлении | Невозможна | — | Крупносерийные изделия с неизменяемой программой |
| Однократно программируемая память | Один раз | — | Калибровочные константы, серийные номера |
| Электрически стираемая память | Сотни тысяч циклов | Байт или страница в десятки байт | Настройки, счётчики, редко меняемые параметры |
| Флеш-память типа NOR | Десятки тысяч циклов | Сектор от нескольких килобайт | Хранение программы, таблиц, образов |
| Флеш-память типа NAND | Тысячи циклов на ячейку | Блок в десятки и сотни килобайт | Большие объёмы данных, файловые системы |
| Сегнетоэлектрическая память | Практически неограниченно в пределах срока службы | Байт, стирание не требуется | Частая запись, журналы, данные при пропадании питания |
Ресурс перезаписи — как он считается
Паспортное число циклов относится к одной ячейке или к одному сектору, а не к микросхеме целиком. Отсюда следует практический расчёт: берётся частота записи в самую нагруженную область и умножается на срок службы изделия.
Если счётчик наработки пишется раз в минуту в одну и ту же ячейку электрически стираемой памяти с ресурсом сто тысяч циклов, ресурс исчерпывается примерно за семьдесят суток непрерывной работы. Задача решается двумя способами: распределением записи по разным адресам с чередованием либо переходом на технологию с большим ресурсом. Второй путь короче, если запись действительно частая.
У флеш-памяти положение сложнее: стирается сектор целиком, поэтому изменение одного байта означает перенос содержимого сектора, его стирание и обратную запись. Реальное число операций над сектором оказывается многократно больше числа логических записей.
Поведение при пропадании питания
Это то место, где различия между технологиями видны яснее всего.
- Флеш-память. Стирание сектора занимает десятки и сотни миллисекунд. Снятие питания в этот момент оставляет сектор в неопределённом состоянии, а при хранении там программы — неработоспособное изделие. Защита строится на накопительном конденсаторе, контроле напряжения и резервной копии критичных областей.
- Электрически стираемая память. Запись страницы занимает единицы миллисекунд. Риск ниже, но при отключении в момент записи страница повреждается, поэтому применяют контрольные суммы и двойное хранение.
- Сегнетоэлектрическая память. Запись выполняется за время обращения по шине, отдельного цикла стирания нет. Это основная причина, по которой её выбирают для журналов и счётчиков в изделиях с нестабильным питанием.
Внутренняя память микроконтроллера или отдельная микросхема
У большинства микроконтроллеров есть встроенная флеш-память под программу и эмулируемая область для настроек. Внешняя микросхема нужна в четырёх случаях: объём данных превышает встроенный, требуется ресурс перезаписи выше встроенного, нужно хранить данные независимо от замены микроконтроллера или необходимо обновлять программу с резервной копией в отдельной микросхеме.
Интерфейс подключения выбирается по требуемой скорости: последовательная шина с двумя линиями для настроек и небольших объёмов, четырёхпроводная последовательная шина для быстрого чтения программ и таблиц, параллельная шина — при больших объёмах и жёстких требованиях к скорости чтения. Микроконтроллеры — в разделе микроконтроллеры, интерфейсные микросхемы обвязки — в разделе интерфейсные микросхемы.
Что проверяется в документации до закупки
- Число циклов перезаписи и условия, при которых оно указано — обычно при комнатной температуре.
- Срок хранения данных без питания и его зависимость от температуры: при повышенной температуре он сокращается.
- Диапазон напряжения питания и допустимость работы на пониженном напряжении при записи.
- Время записи страницы и стирания сектора — они определяют требования к защите по питанию.
- Ток потребления при записи: он в разы выше тока чтения и учитывается при расчёте источника.
- Наличие аппаратной защиты областей от записи и её механизм.
- Корпус и диапазон рабочих температур для промышленного исполнения.
Частые вопросы
Можно ли заменить электрически стираемую память флеш-памятью того же объёма? Только с переработкой программы: у флеш-памяти другой минимальный блок стирания и другая последовательность операций. Прямая замена по выводам возможна в редких случаях и проверяется по описанию обоих вариантов.
Что выбрать под журнал событий с записью раз в секунду? Сегнетоэлектрическую память либо флеш-память с программным распределением записи по секторам. Простая запись в одну область электрически стираемой памяти исчерпает ресурс за несколько суток.
Почему указанный срок хранения данных сокращается? Он приводится для определённой температуры. С ростом температуры заряд в ячейке теряется быстрее, и для изделий, работающих при повышенной температуре, срок пересчитывается по данным изготовителя.
Нужна ли внешняя память, если встроенной хватает по объёму? Нужна, когда требуется хранить настройки независимо от замены микроконтроллера, либо когда число перезаписей превышает ресурс встроенной области.
Что прислать для подбора? Требуемый объём и тип хранимых данных, частоту записи по каждой области, срок службы изделия, диапазон рабочих температур, напряжение питания, интерфейс подключения, допустимые корпуса и планируемый тираж.
Что мы делаем
Считаем требуемый ресурс перезаписи по частоте записи и сроку службы, отделяем области, где достаточно недорогой технологии, от тех, где нужна память с большим ресурсом, проверяем срок хранения данных при рабочей температуре, подбираем корпус и интерфейс под плату и предлагаем доступные замены. Позиции — в разделах микросхемы памяти, микроконтроллеры и микросхемы.
Пришлите перечень с требуемым объёмом и частотой записи на micro@tkasiatorg.ru — проверим ресурс под ваш режим работы, подберём подходящие позиции и назовём сроки поставки партии.
