提供2019-10-16マルツ掲載日:2020-1-14マイクロコントローラベースのあらゆる組み込みシステムで主要な要素となるのがメモリです。volatile変数をすべて保持し、バッファを作成し、各種のアプリケーションスタックを管理するには、十分な量のRAMが必要です。組み込みシステムにRAMが重要であるのと同様に、開発者にはアプリケーションコード、不揮発性データ、構成情報を保存する場所も必要になります。問題は、不揮発性メモリ技術のオプションが拡大していることで、アプリケーションに適したメモリがどれかを判断するのが難しくなりつつあることです。この記事では、さまざまな技術を紹介します。Motionなどのサプライヤの例を利用して、開発者がメモリの種類ごとの特性を理解しやすくします。タイプごとに最適なケースについて説明し、開発者がそれらを効果的に使用できるようにします。組み込みシステムのEEPROMとFRAM組み込みシステムで最も一般的なメモリデバイスとして最初に考えられるのは、EEPROMです。この不揮発性メモリは、組み込みアプリケーションのシステム構成パラメータを保存するのによく使用されます。IDをEEPROMに保存します。EEPROMには、組み込みシステムの開発に適した特性がいくつかあります。・標準化された電気的インターフェース・I2CとSPIインターフェースを標準でサポート現在、Digi-KeyウェブサイトのEEPROMクイック検索には、EEPROMベンダー9社の5,800種類を超える各種EEPROMが表示されています。SemiconductorのCAT24C32WI-GT3は32Kビット(4KB)のEEPROMデバイスで、8ピンSOICパッケージで提供され、最大1MHzの速度でI2Cバスに接続できます(図1)。Semiconductorの32KビットEEPROMで、I2CやSPIポートを介してマイクロコントローラに接続し、構成データやアプリケーションデータを保存できます。Semiconductor)EEPROMで興味深いのは、場合によりマイクロコントローラにも含まれていることです。32ビットマイクロコントローラには4KBのオンボードEEPROMが搭載されており、開発者が利用できます。これは構成のニーズが4KB以内に収まることを前提としています。収まらない場合は、開発者は外部デバイスを使用するか、またはマイクロコントローラのフラッシュメモリを使用して別のEEPROMをエミュレートする必要があります。EEPROMは広く使われている反面、潜在的な短所がいくつかあります。システム産業など高信頼性が求められる用途では、FRAMなど堅牢性の高いメモリの使用が望まれます。FRAMは「強誘電体ランダムアクセスメモリ」の略で、EEPROMメモリよりも優れた利点がいくつかあります。・高速(書き込みサイクルは50ns未満)・より多くの書き込みサイクル(EEPROMの100万回に対して1兆回以上)・低電力(必要な動作電圧は1.5V)・より高い放射線耐性FRAMは、EEPROMと同様のメモリサイズで提供されています。SemiconductorのFRAMファミリは4Kビットから4Mビットの範囲に対応します。FM25L16B-GTRは16Kビットで(図2)、8ピンSOICパッケージで提供され最大20MHzで動作します。図2:CypressのFRAMファミリには4Kビットから4Mビットまでのメモリサイズがあり、SPIを介してマイクロコントローラに接続し構成データやアプリケーションデータを保存できます。FM25L16B-GTR(写真)は最大20MHzで動作します。SemiconductorのCY15B104Q-LHXITが4Mビットのメモリサイズで、最大40MHzのインターフェース速度をサポートします(図3)。このFRAMメモリで目を引く機能として以下のようなものがあります。・100兆の読み取り/書き込みサイクル・シリアルフラッシュやEEPROMの直接ハードウェア置き換え可能ご想像どおり、FRAMはEEPROMよりも高価なので、用途に適切なメモリを選択する際には、デバイスが動作する環境要因を慎重に検討することが重要です。FRAMファミリに属します。Semiconductor)組み込みシステムのフラッシュ、eMMC、SDカード組み込みシステムのフラッシュメモリは、さまざまな目的に使用できます。外付けフラッシュは内蔵フラッシュメモリを拡張するために使用し、アプリケーションコード用に使用可能なメモリを増やせます。SemiconductorのGD25Q80CTIGRなどを使用して行います(図4)。マイクロコントローラがSPIインターフェースを介してサポートできれば、GD25Q80CTIGRは内蔵メモリを8Mビット拡張するために使用できます。LimitedのGD25Q80CTIRフラッシュメモリを使用して、SPIポートを介し内蔵フラッシュ容量を8Mビット拡張できます。Limited)次に、外付けフラッシュは、EEPROMやFRAMを使わずに構成情報やアプリケーションデータを保存するために使用できます。外付けフラッシュチップを代わりに使用することで、BOMコストを削減したり、アプリケーションからの保存データ用に内蔵メモリを増強したりすることもできます。マイクロコントローラのペリフェラルやメモリマップは、この外付けフラッシュを含むように構成できるので、開発者は、EEPROMやFRAMとのインターフェースに必要なドライバへのカスタム呼び出しを特に行う必要なく、外付けフラッシュに簡単にアクセスできます。TechnologiesのAT25SF161があります(図5)。このデバイスは、キューSPI(QSPI)インターフェースを使用します。QSPIは通常のSPIプロトコルのエクステンションで、システムのデータスループットを高めることができます。これは、1回のトランザクションで大量のデータを保存したり取得したりする必要がある開発者にとっては非常に魅力的な機能です。QSPIは、QSPIペリフェラル内のCPU介入を取り除き、インターフェースを標準の4ピン(MOSI、MISO、CLK、CS)から6ピン(CLK、CS、IO0、IO1、IO2、IO3)に変更することで機能します。これにより4ピンを入出力に使用できます(従来のSPIでは2ピン)。TechnologiesのAT25SF161外付けフラッシュメモリデバイスは、内蔵フラッシュ拡張のために使用できます。QSPIインターフェースを備えており、データの保存と取得を高速化できます。Technologies)最後に、フラッシュを使用してアプリケーションデータとペイロード情報を保存できます。GPSシステムではすべてのGPSマップがプロセッサでローカルに保存されるわけではなく、代わりにSDカードやeMMCデバイスなどの外付けメモリストレージデバイスが使用されます。これらのストレージメディアはSPIや専用のSDIOインターフェースを介してマイクロコントローラに接続し、外付けメモリデバイスとの効率的なインターフェースを実現できます。eMMCは、マイクロコントローラのSDIOインターフェースに直接接続して32Gビットのフラッシュストレージをデバイスに追加できます(図6)。eMMCフラッシュモジュールには32Gビットのメモリがあり、SPIまたはSDIOを介してホストに接続できます。(画像提供:ISSI)電気的インターフェースの観点では、SDカードとeMMCデバイスは同じです。いずれのデバイスもパッケージは異なるものの、同じコモンピンを使ってマイクロコントローラへ接続しているのです。いえ、これら2つのメモリタイプは互いにまったく異なると言えます。SDカードと比較すると、eMMCには基本的に以下の相違点があります。・ボードにはんだ付けされ取り外し不可ユーザーがメモリを取り外す必要がない場合は、eMMCを使用するとより堅牢なソリューションになりますが、エンドアプリケーション次第です。いずれの場合も、開発者はメモリを慎重に選択する必要があります。すべてのメモリはまったく同等には作られていないからです。車載用サブシステムでは、メモリの信頼性に対する実績や認証の面で標準的なフラッシュデバイスよりも高度な基準が求められます。eMMCモジュールなど、車載用に認証を受けたメモリが検討対象になるでしょう。SDカードについては、やはりeMMCと同様にすべてのSDカードが同等に作成されているわけではないので、開発者は購入するデバイスに細心の注意を払う必要があります。カードの速度クラスと動作温度をよく調べることが欠かせません。̊Cで、これは民生用電子機器に適しています。期待される最大インターフェース速度を示す速度クラスが、カードごとに割り当てられています。microSDカードなどよりも遅くなります。microSDカードは4GBのメモリ容量で、ハイエンドのクラス10速度定格を備えます。Corp)メモリ選択のヒントとコツ組み込み製品に適した正しいメモリタイプとインターフェースを選択するのは、容易ではありません。以下に、開発者がアプリケーションに適切なメモリを選ぶ際に考慮すべき「ヒントとコツ」を示します。・メモリの動作条件を次のように明確に特定します。・規定した目的のビットレートに最適なメモリインターフェースタイプを選択します。・車載用システムや宇宙システムなどの過酷な環境条件の場合は、車載用に認定されたメモリ、または放射線耐性のあるメモリを選択します。・ブレイクアウトボードを使用して、選択したメモリデバイスをマイクロコントローラ開発キットと統合してテストします。これらのヒントに従い、開発者は各自の組み込みアプリケーションに適切なメモリを選択できます。まとめ現在、開発者には幅広い不揮発性メモリデバイスの選択肢があり、アプリケーションコードから構成情報に至るデータを保存するために使用できるデバイスを選ぶことができます。これまで述べたように、開発者はアプリケーションごとのニーズを慎重に評価し、それらのニーズとコストが最適なバランスになるように、メモリタイプとインターフェースを慎重に選択する必要があります。Electronicsの公式な方針を必ずしも反映するものではありません。このページのコンテンツはDigi-Key社より提供されています。英文でのオリジナルのコンテンツはDigi-Keyサイトでご確認いただけます。毎月一定額をご購入予定のお客様や量産部品としてご検討されているお客様には、マルツ特別価格にてDigi-Key社製品を供給いたします。条件に応じて、マルツオンライン表示価格よりもお安い価格をご提示できる場合がございます。一度、マルツエレックにお見積もりをご用命ください。