Selecionando armazenamento para sua aplicação industrial

(Fonte:Hyperstone)
O armazenamento de memória Flash é um componente onipresente em praticamente todos os dispositivos eletrônicos ao nosso redor. Ele pode ser visto como uma mercadoria ao comprá-lo. Porém, a realidade está longe de ser quando é necessário para uso em equipamentos industriais. Sem conhecer todo o quadro em termos de caso de uso, é fácil cair na armadilha, pensando que toda a memória é a mesma e decidir puramente com base no preço por gigabyte. Muitos engenheiros de projeto podem achar difícil diferenciar entre memória flash de alta qualidade e baixa qualidade. Flash mais recente com maior capacidade geralmente não significa melhor confiabilidade.

Outra observação no nível do sistema também é que o controlador de memória flash é tão crucial quanto selecionar a própria memória. Juntos, o controlador e o flash definem a qualidade do sistema. Portanto, ambos precisam ser considerados como um todo. Neste artigo, vamos investigar por que nem todas as formas de subsistema de memória, SSD ou unidades flash USB são criadas da mesma forma, e alguns dos fatores críticos que os engenheiros precisam considerar ao tomar uma decisão de compra para projetos de equipamentos industriais.

Temperatura

Para eletrônicos de consumo, as temperaturas operacionais podem variar ligeiramente. Ainda assim, na maioria dos casos, estaremos usando nosso computador, por exemplo, em temperaturas ambientes abaixo de 20 ° C. Para eletrônicos de consumo em geral, a faixa de temperatura permissível é normalmente de 0 ° C graus até 40 ° C, ou às vezes tão alta quanto 60 ° C. Porém, dentro do domínio industrial, a temperatura e a quantidade em que ela varia podem ser mais extremas. A faixa de temperatura industrial citada é de -40 ° C a + 85 ° C.

Embora todos os componentes e módulos projetados para uso em aplicações industriais atendam à faixa estendida de temperatura operacional, é importante lembrar que as temperaturas indicadas são para o ambiente ambiente. Internamente, na junção, as temperaturas serão bem mais altas. Testar esses dispositivos em temperaturas ambientes de, digamos, 125 ° C, dá maior confiança em sua confiabilidade. Para mitigar o impacto de altas temperaturas ambientes, os engenheiros devem ter como objetivo selecionar componentes que tenham uma potência operacional mais baixa. Isso ajudará a manter a temperatura interna baixa e terá um impacto positivo no nível do sistema.

A tentativa de usar memória flash e um controlador em temperaturas para as quais não foram projetados irá apresentar preocupações de falha potencial em qualquer estágio. Falha não é um termo popular entre os engenheiros industriais. Interromper uma produção e reiniciar pode ser um incidente caro. Uma falha repentina do equipamento de forma não controlada também pode causar danos significativos que são caros para consertar e podem resultar em mais tempo de inatividade.

Você pode perguntar por que não deve comprar uma unidade flash USB de 32 GB por, digamos, US $ 10 em uma loja de varejo, mas em vez disso, comprar outra muito semelhante por US $ 30? Tentaremos responder a esta pergunta com mais detalhes, mas você já pode notar que para aplicações industriais cada módulo é testado com um caso de uso mais exigente em mente e garantindo uma alta qualidade constante dos produtos por uma longa vida útil.

A confiabilidade de nível industrial começa com a fabricação do projeto .

Certificar-se de que um sistema de memória é projetado para suportar temperaturas industriais é, talvez, o fim de um longo processo de design que começa com as qualidades industriais na base do hardware. Por exemplo, no Hyperstone, nossos controladores de memória flash são projetados para aplicações industriais já em nível de bloco de propriedade intelectual (IP). A abordagem de design de IP é muito mais rigorosa do que para dispositivos de consumo no que diz respeito à confiabilidade e segurança contra falhas.

Técnicas de teste comprovadas são aplicadas para testar a resistência do IP. Isso garante que o projeto inclua uma margem de segurança com relação a aspectos críticos, como cronometragem e tempo. Por exemplo, a análise de queda de tensão é aplicada, o que contribui para a definição de qualidade industrial.

Quando a temperatura é uma consideração primária, fatores como a sincronização do hardware são muito importantes. Requer tempo de design e possivelmente área do chip para garantir que um chip opere de maneira confiável em diferentes temperaturas. Anos de experiência levaram a uma evolução dos recursos do produto e da confiabilidade integrada. Cada novo controlador continua a incorporar conhecimento de caso de uso da indústria e suporte específico de aplicação adquirido ao longo de muitos anos.

O desenvolvimento de firmware é outro elemento crítico. Ele precisa ser abordado com a mesma mentalidade industrial e executado em paralelo ao design do hardware, intimamente ligado a ele. O firmware usado em controladores flash deve incluir proteção para o futuro em termos de flexibilidade. Os sistemas industriais têm uma vida útil operacional típica de uma década ou mais, normalmente em ambientes muito exigentes. Seguir as técnicas de desenvolvimento que garantem que o firmware seja desenvolvido de uma forma altamente estruturada leva a uma maior cobertura de código durante a verificação. Isso, por sua vez, resulta em um firmware de qualidade superior que é tão confiável quanto o hardware em que é executado.

Por fim, o teste é uma parte fundamental da entrega de sistemas em conformidade com o uso industrial desafiador. Além dos ciclos de temperatura, os testes de falhas súbitas de energia fazem parte de uma estrutura intensiva para validar se os produtos operam conforme planejado. O teste de falha repentina de energia simula uma perda completa de energia. Para manter a integridade dos dados, quando o sistema for ligado novamente, você precisa ter certeza de que nenhum dado foi perdido. No Hyperstone, por exemplo, testamos cada novo produto e firmware por meio de ciclos intensivos de energia.

Outra consideração vital ao usar a memória flash é a retenção de dados, que depende muito da temperatura operacional. Os dados são perdidos no flash com o tempo e, quanto mais alta a temperatura ambiente, maior a taxa de perda de dados. A perda ocorre estando o equipamento ativo ou não - outro motivo pelo qual a temperatura é uma consideração importante. Normalmente, as características de retenção de dados para memória flash são cotadas a 25 ° C. Em um ambiente industrial, seria bastante comum ver equipamentos atingindo 60 ° C ou mais, e isso tem um impacto profundo na retenção de dados. Por exemplo, se você aumentar a temperatura de um sistema de memória da temperatura ambiente para 60 ° C, a taxa de retenção de dados provavelmente será reduzida em um fator de 20. Isso parece muito. É muito. Os dados podem ser perdidos após 6 meses em vez de 10 anos. A escolha de recursos de flash e de atualização gerenciados pelo controlador pode proteger seus dados.

Garantir suporte de longo prazo para o produto

Apenas alguns fornecedores realmente vivem para fornecer suporte de longo prazo ao produto. O fornecedor de memória e controlador selecionado deve acompanhá-lo em cada etapa do processo, desde os conceitos iniciais de design até o produto em uso. Este último ponto é particularmente relevante para aplicações industriais onde a vida em serviço pode ser de dez ou mesmo vinte anos em vez de dois ou talvez no máximo cinco anos para produtos de consumo. Por exemplo, a dedicação do Hyperstone à longevidade é exemplificada pelo suporte ainda a controladores de cartão CF que foram introduzidos em 2003.

Os fornecedores precisam se envolver com o cliente o mais cedo possível, a fim de projetar melhor os requisitos de suas aplicações. Por exemplo, em Hypestone, nossa primeira pergunta pode ser:‘ Qual é o seu caso de uso?’ Juntamente com os clientes, podemos usar ferramentas como nosso Use Case Tracker para avaliar precisamente como um aplicativo está acessando e sobrecarregando uma mídia de armazenamento. Podemos determinar parâmetros específicos, como padrões de acesso, velocidade de gravação e leitura, frequência de acesso necessária para otimizar o firmware, escolher a configuração e capacidade corretas e, assim, maximizar a confiabilidade e otimizar os custos.

Mais tarde, durante a vida útil de um produto, podem ser encontrados problemas que só podem ser analisados ​​pelo fornecedor do controlador. Interfaces de depuração e recursos de protocolo integrados em controladores e arquitetura de firmware ajudam fornecedores como o Hyperstone a analisar falhas caso elas ocorram. Em 99,9% dos casos, podemos ver o que aconteceu e tomar medidas para evitar que ocorra novamente. Tente fazer isso com um controlador de flash amador!

Conclusão

Ao considerar uma mídia de armazenamento flash que deve satisfazer as demandas rigorosas de um ambiente industrial, os engenheiros podem querer prestar atenção especial à temperatura, níveis industriais de teste, suporte vitalício e disponibilidade de longo prazo. Alinhar a configuração ao caso de uso com o sistema pode economizar dinheiro e causar dor de cabeça. Caso contrário, você pode acabar com uma ótima solução que não se encaixa na sua aplicação