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未来物联网体系中的无故障数据存储

  2018年08月28日  

  几十年来,长途操控节点的根本架构都是由操控器、传感器、本地存储器、网络衔接接口和电池组成。这一架构广泛运用于实际操作所操控的体系中。在工业自动化体系中,操控器以不同速率监控多个传感器,将已符号时刻的传感器数据保存在本地或扩展存储器内,然后经过ProfiBus等工业规范总线传输数据。在高档驾驭辅佐体系(ADAS)或车辆事情记载器(EDR)中,多个MCU可以一起收集、操控轿车电子体系的数据,然后供给优质的驾驭体会与无故障的数据确保。医疗体系也有相似的运用:经过传感器取得的要害患者数据,将被存储在本地,或许定时上传进行会集存储。

  这些体系都在企图处理数据收集、要害数据存储以及根据数据剖析采纳相应举动进程中的中心和根底问题。可是,不同体系处理问题的侧重点也有所不同。工业体系倾向于在很短的时刻距离内,从很多不同的传感器中收集海量数据,一起有必要在本地和长途留存具体的日志记载。轿车体系数据生成速率较低,但数据重要性高。在某些状况下,数据的丢掉或将会要挟驾乘人员的生命安全。大多数轿车的运用寿数都超越十年,因而在挑选存储器时,其运用寿数与牢靠性便成为了十分重要的考量规范。便携式医疗体系在挑选抱负的数据存储时,则重视功耗的体现。因为植入式医疗器械、助听器等设备都是由电池进行驱动,因而它们更倾向于挑选能耗低一起数据存储精确度高的存储器。兼具长时刻牢靠性和低能耗的无故障数据存储,往往成为体系规划师挑选存储产品的严重应战。

  跟着物联网的逐渐鼓起,一切设备都开端经过网络完结互联。保存估量,2020年将有100亿台设备完结联网,其间包括轿车、工业自动化设备、植入式医疗器械、可穿戴设备和智能家居等新一代产品。下一代5G网络现已开端在某些地区布置并有望承当上述设备发生的大部分流量。可是,数据科学家和体系规划师仍有几个没有处理的问题:

  哪些设备需求与云衔接?需求传达多少信息?有多少信息能在本地处理?谁来付出云的费用?

  一个计划是把一切信息都上传到云,长途对信息进行处理。但这一计划只适用于规划小而涣散的体系。跟着世界互联的程度不断提高,将会有很多乃至过剩的体系进行信息的上传,在这样的状况下咱们需求考虑网络和本地两种存储和处理的本钱差异。内行驶进程中,一辆自动驾驭轿车每小时将会生成数G的数据。因而为了猜测未来的需求,咱们现在有必要决议哪些信息需求实时传送、哪些可以在本地存储,然后日后再进行紧缩传送。工业和医疗范畴的体系规划师面临着相同的问题。在“工业4.0”的进程中,“上传一切数据到云”的办法正在逐渐改变成为“本地处理,智能上传”的办法。因而,怎么挑选最好的本地数据存储对未来的体系开展极为重要。

  为了保存重要数据,这些体系均需求高牢靠、低能耗、高安全性的存储器。一个办法是运用现有的闪存来记载数据。闪存技能具有高效读取的才干,因而现已被广泛用于发动代码和固件的存储。关于现有体系的设备,在履行写入操作时,规划师无需了解闪存的技能约束,即可运用闪存来记载数据。闪存单元只要在事前已被擦除的状况下才干存储新数据。对闪存单元进行编程时,可将逻辑值由“1”变为“0”。鄙人一次晋级中,假如存储单元需求坚持逻辑值“1”,就需求擦除数据。为了加速擦除速度、缩短程序时刻,闪存制作商规划了各种页、块和扇区架构。页是可以一次编程写入闪存的最小数据存储单位。闪存设备设有内部的页容量缓冲区,用于暂时数据存储。当外部接口的数据传输完结时,设备将立即对主阵列中被擦除的页履行页程序。假如该页包括旧数据,则有必要在程序发动前予以擦除。每次履行擦除时,闪存单元都会退化。这一现象一般作为在闪存的耐久性目标进行量化记载。耐久性最好的闪存设备一般可以接受10万次的擦除程序循环,在到达这一限值后将无法确保存储的稳定性。虽然这一数字看起来很巨大,但这一数字乃至连低端的数据记载体系的需求都很难满意。

  某些制作商则选用字节编程,而且把编程由缓冲区推到闪存进行。虽然这一规划可以简化设备内的程序运转,但却不能使闪存脱节潜在的耐久性约束。为了抵消上述约束,体系规划师被逼选用一种杂乱的文件体系来确保闪存单元的耗费均衡(wear levelling)。文件体系的软件会减缓体系的运转速度。

  想象一种状况,规划师考虑运用一种根据闪存的存储器来记载数据。在工业自动化和财物办理体系中,传感器节点会以每秒数次的速度抓取数据,并定时对各种传感器进行取样,然后收拾数据包上传网络。一般来说,数据包的取样数从16字节到128字节不等。因为停电的危险不行能完全避免,为了避免数据丢掉,规划师运用非易失性存储器来存储数据。振荡传感器或步进电机方位传感器每几毫秒都会发送脉冲式数据,而温度或湿度传感器则每隔几秒才发送一次数据,数据包则存储很多传感器的数据。

  下表为数据包容量与取样率的比较剖析,以及数据记载时耗费闪存的规则。剖析运用了10万次耐久循环的8兆闪存

   以下图表对这一数据进行了清晰解读。咱们发现,关于每1毫秒记载8-16字节数据的低端体系,8兆闪存会在5年内损耗。可是,轿车或工业体系的损耗期限应当超越10年。

  假如选用简略添加闪存这种低本钱、高危险的的办法,则需求杂乱的文件体系对损耗均衡进行办理。假如没有布置文件体系,体系则需求在替换整个存储器之后,定时履行芯片擦除循环。在今日的物联网世界中,跟着数据收集终端的继续激增,这一问题正在不断恶化。关于存储产品寿数期内写入循环次数不超越1000次的发动代码和固件程序来说,根据闪存的存储器是十分适宜的。处理这种数据记载问题的一个抱负办法是:运用高耐久性和非易失性的存储器,它们不会因为程序和擦除的推迟而形成数据危险。F-RAM具有接受高达1014次擦除循环的耐久性,具有瞬间非易失性,且无需编程和擦除操作,实时存储进入设备接口的一切数据。例如,一个4兆的 F-RAM存储可以在每10微秒处理128字节的数据流,在1000多年的时刻内都不会损耗结束。

  F-RAM存储器单元只要在写入或读取时才会耗电,待机能耗只要几微安培,因而F-RAM是那些依仗电池驱动产品的最佳处理计划。F-RAM适用于对能耗要求较高的助听器和用于心率采样的高端可穿戴医疗设备。此外,轿车体系中的数据会继续不断地了录入存储器,根据闪存的体系无法在闪存“编程”期间抓取数据。只要根据F-RAM的数据存储,可认为该体系供给高牢靠性。

  具有近乎无限的耐久性、超低功耗和瞬间非易失性的F-RAM十分合适用于互联世界中的重要数据存储。了解关于F-RAM技能和赛普拉斯半导体有限公司的F-RAM处理计划,请登录www.cypress.com/fram

(作者:Nilesh Badodekar,赛普拉斯)

标签:物联网 赛普拉斯我要反应
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