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NAND-Flash bringt Vorteile für Embedded-IoT-Anwendungen und fordert Entwickler

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Hier die Eigenschaften, die von einem ausfallsicheren System gefordert werden (Bild 2 in der Bildergalerie):

  • Nach einem System-Reset befindet sich das Dateisystem stets in einem konsistenten Zustand.
  • Jede Datei, die beim Auftreten eines unerwarteten Resets geöffnet war, wird in den Zustand vor dem Öffnen zurückversetzt, sofern keine Flush- oder Schließoperation mit dieser Datei erfolgreich beendet wurde.
  • Die Ausfallsicherheit eines Dateisystems (Bild 3 in der Galerie) kann nur dann garantiert werden, wenn der zugrundeliegende Treiber eine definierte Dienstqualität garantiert.

Für das Dateisystem ist dies wie folgt definiert: Jede Schreiboperation muss entweder erfolgreich beendet werden oder eine Fehlermeldung erzeugen, oder das Dateisystem muss neu gestartet werden. Sämtliche Schreibzugriffe auf das Medium sind in der Reihenfolge auszuführen, in der sie an den Treiber gerichtet wurden. Jede Löschoperation muss entweder erfolgreich beendet werden oder eine Fehlermeldung erzeugen, oder das Dateisystem muss neu gestartet werden.

Bildergalerie

In der Praxis bedeutet dies, dass die Hardware ein gewisses Maß an Spannungsschutz bieten muss, um sicherzustellen, dass das System entsprechende Maßnahmen ergreifen kann, wenn die Versorgungsspannung des Flash-Mediums unter die spezifizierte Programmierspannung sinkt.

Performance und Effizienz des Systems

Um mit einem komplexen Flash-Baustein wie einem Multi-Plane-NAND oder einem Array mehrerer NAND-Chips ein hohes Performance-Niveau zu erzielen, muss ein FTL mehrere Bausteine parallel lesen, schreiben und löschen. Im Interesse einer effizienten Flash-Nutzung und echter Ausfallsicherheit ist es besser, dieses Problem auf der FTL- anstatt auf der Treiber-Ebene anzugehen.

Überlegungen zum Power-Management

Das Power-Management verhindert, dass der Flash-Speicher gelöscht oder geschrieben wird, wenn sich die Stromversorgung außerhalb der Herstellerspezifikationen befindet. Ein sorgfältig entwickelter FTL spezifiziert die Anforderungen des untergeordneten Treibers einschließlich der Stromversorgungs-Anforderungen, um einen ausfallsicheren Betrieb zu gewährleisten. Designer sollten die entsprechenden Spezifikationen vom Softwarezulieferer anfordern. Wenn beispielsweise die Versorgungsspannung auf den spezifizierten Mindestwert fällt, sollte die Brownout-Erkennung das System entsprechend informieren, damit es mit dieser Situation umgehen kann.

NAND-Flash ist eine ideale Speicheroption für viele Embedded- und IoT-Anwendungen, solange sich die Designer der damit verbundenen Herausforderungen bewusst sind und geeignete Hilfsmittel und Techniken anwenden, um einen langen und zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.

* * Dave Hughes ist CEO von HCC Embedded.

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