Tutti i vantaggi delle memorie Sram non volatili

TECNOLOGIE DI MEMORIA –

Le nvSram sono pensate per applicazioni che prevedono eventi ripetitivi e sfruttano le caratteristiche di elevata velocità di lettura e scrittura, accesso random e modalità burst sequenziale delle Sram, senza essere penalizzate dai lunghi tempi di cancellazione.

Il mondo è sempre più affollato di apparecchiature che eseguono compiti di natura ripetitiva. I robot presenti all’interno di uno stabilimento, per esempio, si muovono eseguendo una serie di piccoli passi che vengono registrati fino al momento in cui il movimento non è completo. Una volta terminato, il movimento ripetitivo e la registrazione dei passi riprendono. I contatori di potenza “intelligenti” acquisiscono la lettura della potenza, registrano queste letture e a intervalli regolari di pochi minuti gli uni dagli altri trasferiscono queste letture a un consolidatore locale, effettuano il reset e ricominciano a effettuare le medesime operazioni. Apparecchiature medicali portatili, apparati di linea presenti in una fabbrica, motori senza spazzole sono tutti esempi di sistemi che acquisiscono una serie di misure, “rispondono” a queste misure e ricominciano un nuovo ciclo. L’elenco dei prodotti industriali che devono gestire eventi ripetitivi è quanto mai vasto e articolato e spazia dai registratori parametrici in linea ai registratori di errori, dai sistemi per il monitoraggio dei motori ai caricabatteria, ai controllori di sistemi Hvac (Heat Ventilation Air conditioning and Cooling). Per parecchi di questi prodotti è indispensabile la presenza di una memoria persistente (o non volatile). Un braccio robotizzato che “perde l’orientamento” a causa di un picco breve e improvviso (glitch) di potenza nel bel mezzo di un processo complicato non è sicuramente una situazione accettabile. Così come non lo è la perdita di letture, evento questo che può richiedere la riacquisizione delle stesse – processo questo che spesso richiede molto tempo – e comportare perdita di campioni, danni al materiale e insoddisfazione (se non addirittura il verificarsi di situazioni di pericolo) per gli utilizzatori e gli operatori. Nonostante l’importanza delle memorie per eventi ripetitivi, il loro contributo (a livello di fatturato) al mercato totale delle memorie resta relativamente piccolo. Lo sviluppo di integrati di memoria dedicati per soddisfare le esigenze di questo settore non è prassi comune. Una memoria per eventi ripetitivi ha una densità relativamente piccola (da 16kbit a 2 Mbit), dispone di un’interfaccia seriale (caratterizzata da basso costo e ridotto rumore di commutazione) e deve garantire accesso random e operazioni di Read (lettura) e Write (scrittura) sequenziali condotte a velocità ragionevole (Spi, I2C). La memoria che storicamente è in grado di soddisfare queste esigenze in termini di costo, densità e velocità delle operazioni di lettura e scrittura è la Eeprom. Questa memoria, comunque, presenta due svantaggi: durata, solitamente limitata a un massimo di 100k operazioni di Store e tempi di cancellazione del chip/blocco che possono essere superiori al secondo. I progettisti devono spendere molto tempo per cercare di risolvere queste problematiche al fine di sfruttare i vantaggi del basso costo tipico delle Eeprom seriali.

Il funzionamento delle nVSram
Le nvSram, che sono una nuova tipologia di memoria non volatile, sono state progettate esplicitamente per l’uso in applicazioni che prevedono eventi ripetitivi. Queste memorie possono vantare tutte le caratteristiche proprie delle Sram - elevata velocità di lettura e scrittura, accesso random e modalità burst sequenziale – senza essere penalizzate dai lunghi tempi di cancellazione tipici delle tecnologie flash o Eeprom seriali. La non volatilità è completamente trasparente per l’utilizzatore: l’integrato, una volta rilevati i disturbi alla linea di alimentazione, trasferisce automaticamente tutti i dati nella memoria NV (Non Volatile) dove rimangono invariati in assenza di alimentazione. Nel momento in cui viene ripristinata l’alimentazione, i dati vengono automaticamente trasferiti nuovamente nella Sram e il sistema riprende a funzionare esattamente dallo stato in cui si trovava prima della sospensione dell’alimentazione. La durata della sezione NV della memoria è superiore al milione di eventi di Store. Poiché queste operazioni di Store vengono attivate solo nel momento in cui si verificano disturbi all’alimentazione, la durata risulta praticamente illimitata nel caso di applicazioni embedded e industriali. La Sram, dal canto suo, opera in maniera normale, con un numero illimitato di cicli di lettura/scrittura. Oltre a ciò, in considerazione della densità di memoria non particolarmente elevate, il circuito che viene aggiunto alla cella necessario per dar vita a una memoria nVSram incide in maniera minima sui costi, che risultano quindi solo leggermente superiori rispetto a quelli delle memorie Eeprom o flash seriali e ampiamente compensati dai vantaggi derivati dal loro utilizzo in applicazioni dove sono previsti eventi di natura ripetitiva.

L'applicazione
in un contatore di potenza

Quando la potenza erogata dalla rete entra in un appartamento, il contatore acquisisce in maniera continua e a brevi intervalli di tempo gli uni dagli altri misure del fattore di potenza e registra una serie di queste letture relative all’utilizzo nella memoria degli eventi ripetitivi. Poiché l’utilizzatore può prendere decisioni inerenti l’uso della potenza ed effettuare le attività che richiedono un maggiore consumo nelle ore non di punta sfruttando quindi una tariffazione più conveniente, la società distributrice di energia deve dimostrare che sta rilevando in maniera corretta questi consumi tenendo conto della variazione delle tariffe. I contatori di potenza sono raggruppati in base alla zona in cui sono installati e i dati di ciascun contatore vengono trasferiti alla società erogatrice del servizio sfruttando connessioni Plc (PowerLine Communication) o reti a maglia (mesh) wireless a un consolidatore locale in periodi di tempo prefissati. Dopo ogni invio, la memoria ripetitiva integrata nel contatore inizia l’acquisizione del prossimo insieme di letture. La scrittura su base continuativa nella memoria degli eventi ripetitivi - secondo dopo secondo, ora dopo ora - porterà inevitabilmente all’esaurimento dei cicli di scrittura/cancellazione (ovvero dell’endurance) previsti per le celle Eeprom o flash. Le memorie nVSram, dal canto loro, si comportano esattamente come una Sram. Per tale motivo non viene utilizzato nessun ciclo di scrittura/cancellazione. Solo nel caso di cali di potenza (brownout) o blackout viene richiesto un ciclo di scrittura/cancellazione.

L'applicazione
in un sistema di condizionamento
I controllori Hvac acquisiscono misure dall’ambiente circostante (temperatura, umidità, pressione della conduttura, flusso) e rilevano pianificazioni orarie, tendenze dell’utilizzatore, allarmi e pacchetti di comunicazione con il controllore principale del sistema o altri controllori. Le continue variazioni degli ingressi sono combinati con le impostazioni del sistema e lo storico per gestire in maniera efficace ammortizzatori, valvole, ventole, pompe, refrigeratori e così via. La persistenza dei dati in presenza di interruzioni dell’alimentazione è un elemento di fondamentale importanza. I sistemi Hvac usati in ambito industriale devono essere caratterizzati da lunga durata, oltre che da bassi costi di manutenzione e di gestione una volta installati. Anche in questo caso, la durata praticamente illimitata e la semplicità di codifica fanno delle nvSram la soluzione ideale per questo tipo di applicazioni. Le dimensioni del codice e la semplicità del firmware sono gli altri vantaggi legati all’uso delle nvSram. Non è infatti necessario rilevare il numero delle operazioni di scrittura, effettuare una pianificazione dei cicli di cancellazione e neppure gestire complessi schemi per la protezione in scrittura. Una nvSram prevede inoltre una funzionalità di wrap around (ovvero di ritorno a una locazione di memoria iniziale) dal basso verso l’alto quando sulle operazioni di lettura e scrittura in modalità burst (trasferimento a blocchi). I sistemi che prevedono eventi ripetitivi sono in progressiva espansione e la disponibilità di una soluzione di memorizzazione semplice ed efficace, oltre a contribuire a favorirne la diffusione, permetterà ai progettisti di dedicare molto più tempo a risolvere le problematiche più impegnative delle loro applicazioni.

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