Укажите две функции энергонезависимой памяти nvram

Обновлено: 04.07.2024

Хотя флэш-память и другие технологии энергонезависимой памяти широко используются для реализации встроенных файловых систем, для некоторых встроенных приложений это может оказаться слишком сложным. Во многих случаях память может быть наиболее эффективно использована в качестве предварительно инициализированных структур данных. Этот подход требует некоторого управления целостностью данных. В этой статье представлены проблемы и предложены некоторые простые решения для использования NVRAM.

Введение в NVRAM
В современной компьютерной системе имеется большой объем памяти. Большая ее часть — это оперативная память (ОЗУ) с анахроничным названием. Название не имеет большого смысла, поскольку в настоящее время вся память является произвольным доступом. Когда инженеры говорят об оперативной памяти, они имеют в виду энергозависимую полупроводниковую память, в которую можно записывать и считывать неограниченное время, пока подается питание. Так было не всегда. На заре компьютеров наиболее распространенной формой хранения программ/данных была «основная память». По современным меркам он был громоздким и тяжелым (не говоря уже о дорогом!), но имел полезную характеристику: энергонезависимость. Мощность требовалась для чтения или записи данных, но не требовалась для их сохранения. Если основная память отключена, данные останутся неизменными в течение неопределенного периода времени. Интересно, что падение или вибрация основной памяти могли повредить ее содержимое, но это редко вызывало беспокойство (за исключением зон землетрясений), поскольку компьютеры были далеко не портативными.

Хотя рабочая память современных компьютеров и большинства встроенных систем состоит преимущественно из ОЗУ, все же может быть полезно иметь некоторое количество энергонезависимой ОЗУ (NVRAM). Это может быть реализовано с использованием флэш-памяти или какой-либо другой энергонезависимой технологии памяти (например, MRAM), либо это может быть обычная оперативная память с защищенным источником питания (например, аккумулятором). Существует несколько возможных вариантов использования NVRAM во встроенной системе:

Хранение программного кода и постоянных данных, которые копируются в ОЗУ при запуске. Хотя выполнение из NVRAM обычно возможно, скорость (время доступа) некоторых технологий NVRAM делает это непривлекательным.
Сохранение параметров настройки устройства между циклами питания. Многие устройства настраиваются пользователем; эту информацию нужно где-то хранить.
Буферизация полученных данных в течение длительных периодов времени с защитой от сбоев питания. Простым примером может служить хранение фотографий в цифровой камере.

Управление энергонезависимой памятью

В целом NVRAM можно использовать одним из двух способов:

Файловая система, аналогичная используемой на жестком диске, может быть реализована в NVRAM. Его необходимо реализовать таким образом, чтобы оптимизировать использование носителя (например, флэш-памяти) и обеспечить устойчивость к сбоям питания, возникающим во время записи данных. Также может быть целесообразно реализовать функции безопасности, такие как шифрование данных.
Структуры данных могут быть просто расположены в NVRAM и доступны из нее напрямую. Это требует специальных приспособлений для энергонезависимости.

Многие поставщики предлагают готовое программное обеспечение файловой системы, предназначенное для использования в NVRAM. Для разработчика было бы экономически сомнительно разрабатывать свои собственные, если только не требовались некоторые специализированные возможности. Хранение структур данных больше зависит от приложения, поэтому этот вопрос будет рассмотрен далее.

Приспособление к энергонезависимой памяти
Использовать обычную энергозависимую оперативную память несложно. Он должен быть инициализирован известным значением при включении питания, а затем может быть записан и прочитан по мере необходимости. С NVRAM есть две новые проблемы:

При включении программное обеспечение должно определить, была ли инициализирована NVRAM, и если нет, выполнить эту инициализацию.
Необходима проверка целостности данных, особенно после отключения питания на некоторое время.

Инициализация NVRAM
При первом включении NVRAM, как и обычная RAM, содержит неопределенные данные и нуждается в инициализации. В последующих случаях программное обеспечение должно распознавать инициализацию NVRAM и не перезаписывать сохраненные данные.

Самый простой способ осуществить это распознавание — использовать подпись, которая представляет собой просто быстро распознаваемую последовательность байтов, которая не может встречаться случайным образом. Конечно, этот идеал невозможен, так как любая последовательность байтов, какой бы длинной она ни была, может встречаться случайным образом. Нужно просто свести к минимуму эту возможность, но при этом сделать проверку быстрой и легкой. Если подпись состоит всего из 4 байтов, вероятность того, что она появится случайным образом, составляет 4 миллиарда к 1. Этого вполне достаточно практически для любого вообразимого приложения. А 32-битное значение можно быстро проверить.

Путем тщательного выбора значений подписи вероятность случайного возникновения может быть уменьшена. Интуитивно последовательность последовательных чисел (скажем, 1, 2, 3, 4) кажется более маловероятной, чем «случайный» набор. В конце концов, когда в последний раз лотерея выдавала последовательную последовательность цифр? Конечно, такая последовательность столь же вероятна или маловероятна, как и любая другая. Однако, если подумать о том, как работает память, можно увеличить маловероятность конкретной последовательности. Какие значения может иметь память при первом включении? Всего есть четыре возможности:

совершенно случайно
все нули
все
некоторый регулярный шаблон, отражающий архитектуру чипа (например, чередование 1 и 0)

Если это (1), то любая подпись даст нам шанс 4 миллиарда к 1. Любые другие могут быть обнаружены с помощью правильной подписи. Возможны следующие варианты: 0x00, 0xff, 0xaa, 0x55. Это должно охватывать все (2), (3) и (4) и по-прежнему быть всего 32-битным.

Необходима осторожность с последовательностью инициализации. Очень важно установить действительные данные, а затем инициализировать подпись в самом конце процедуры.

Целостность NVRAM
Конечно, использование подписи не гарантирует целостность данных. Может быть целесообразно использовать контрольную сумму или CRC для проверки ошибок или даже механизм самоисправления данных.

Запуск системы с NVRAM
При использовании NVRAM логика запуска должна обеспечивать как проверку подписи, так и проверку целостности данных:

Выводы
Использовать NVRAM во встраиваемых системах несложно, но ее функциональность требует тщательного согласования, как описано здесь. Подход с использованием глобальной подписи и проверки ошибок подходит для многих приложений. Для очень больших баз данных более эффективной может быть отдельная проверка каждого блока данных. Также может быть полезно использовать C++, чтобы скрыть управление NVRAM от разработчиков кода приложения и, таким образом, свести к минимуму возможность ошибки программиста.

Хранение программного кода и постоянных данных, которые копируются в ОЗУ при запуске. Хотя выполнение из NVRAM обычно возможно, скорость (время доступа) некоторых технологий NVRAM делает это непривлекательным.
Сохранение параметров настройки устройства между циклами питания. Многие устройства настраиваются пользователем; эту информацию нужно где-то хранить.
Буферизация полученных данных в течение длительных периодов времени с защитой от сбоев питания. Простым примером может служить хранение фотографий в цифровой камере.

Управление энергонезависимой памятью

В целом NVRAM можно использовать одним из двух способов:

Файловая система, аналогичная используемой на жестком диске, может быть реализована в NVRAM. Его необходимо реализовать таким образом, чтобы оптимизировать использование носителя (например, флэш-памяти) и обеспечить устойчивость к сбоям питания, возникающим во время записи данных. Также может быть целесообразно реализовать функции безопасности, такие как шифрование данных.
Структуры данных могут быть просто расположены в NVRAM и доступны из нее напрямую. Это требует специальных приспособлений для энергонезависимости.

При включении программное обеспечение должно определить, была ли инициализирована NVRAM, и если нет, выполнить эту инициализацию.
Необходима проверка целостности данных, особенно после отключения питания на некоторое время.

совершенно случайно
все нули
все
некоторый регулярный шаблон, отражающий архитектуру чипа (например, чередование 1 и 0)

NVRAM — это энергонезависимая оперативная память, которая представляет собой разновидность оперативной памяти (ОЗУ). С этой памятью ваш компьютер будет сохранять данные без подачи питания. Он отличается от динамической памяти с произвольным доступом (DRAM) и статической памяти с произвольным доступом (SRAM), которые сохраняют данные только при подаче питания.

Куда можно применить NVRAM? Чтобы получить подробности и некоторую другую информацию, связанную с NVRAM, продолжайте читать этот пост MiniTool. NVRAM широко используется в ноутбуках. Например, он используется в таких компонентах, как монитор и принтеры. Кроме того, NVRAM также можно найти в устройствах, требующих запоминания настроек, таких как автомобили, смарт-карты и т. д.

Совет. На Mac настройки громкости, разрешение экрана, а также информация о часовом поясе хранятся в NVRAM.

На рынке представлены различные типы памяти NVRAM, такие как ферроэлектрическая RAM, FeRAM (F-RAM) и магниторезистивная RAM (MRAM), которые используются в различных приложениях на компьютерах. Среди них SRAM и EEPROM являются двумя ведущими типами NVRAM. EEPROM обычно используется в BIOS на многих компьютерах.

Обратите внимание, что жесткий диск и другие устройства хранения, такие как USB-накопитель, TF-карта, U-диск, рассматриваются как энергонезависимая память.

Плюсы и минусы NVRAM

Каковы преимущества и недостатки NVRAM (энергонезависимой оперативной памяти)? Они резюмируются следующим образом.

Плюсы

Не имея движущихся частей, NVRAM обеспечивает более высокую скорость чтения и записи данных, чем энергозависимая память.
NVRAM требует меньше энергии.

Минусы

Поскольку NVRAM требует батареи, вам необходимо регулярно выполнять замену батареи.
NVRAM испортится и в конце концов перестанет работать, потому что информация перезаписывается во флэш-память.

Чтобы найти разницу между ОЗУ и ПЗУ, вы можете прочитать сообщение, чтобы получить спецификации: ОЗУ и ПЗУ: основные различия между двумя видами памяти

Как сбросить NVRAM на Mac

Как упоминалось ранее, NVRAM используется в компьютерах и компьютерах Mac. Если NVRAM повреждена, у вашего компьютера или Mac будут сбои. Что еще хуже, ваш MacOS не запустится. Что вы можете сделать, чтобы исправить это? Вы можете сбросить NVRAM, чтобы решить проблему.

Вот вопрос. Как сбросить NVRAM (энергонезависимую оперативную память)? Чтобы получить подробную информацию, вы можете следить за следующим содержанием.

Этот метод считается самым надежным для сброса NVRAM. Как действовать? Вот пошаговое руководство для вас.

Шаг 1. Сначала выключите компьютер Mac.

Шаг 2. Нажмите кнопку питания, чтобы включить устройство. Когда вы услышите звук запуска, одновременно удерживайте клавиши Command, Option, P и R.

Шаг 3. Затем Mac автоматически перезагрузится. Теперь отпустите указанные клавиши. Через некоторое время вы снова услышите звук запуска. В процессе перезагрузки NVRAM будет сброшен, и Mac загрузится в обычном режиме.

Совет. На MacBook Pro конца 2016 года и компьютерах Mac, выпущенных после этого, все будет иначе, потому что Apple отменила классический звук запуска. Учитывая этот факт, вы должны нажимать клавиши (Command, Option, P плюс R) после включения устройства Mac на 20 секунд или до тех пор, пока оно снова не перезапустится. После этого NVRAM можно успешно сбросить.

Итог

Что такое энергонезависимая память? В первом разделе приводится конкретное определение и вводятся часто используемые типы NVRAM. Затем вы можете найти преимущества и недостатки NVRAM во второй части. Что касается третьей части, то в ней показано, как сбросить NVRAM.

Прочитайте здесь, возможно, у вас есть общее представление о NVRAM (энергонезависимой памяти с произвольным доступом). Надеюсь, что приведенная выше информация может быть полезной для вас. Вот и конец поста.

Присоединяйтесь к эксклюзивам

Свяжитесь с нами, чтобы получать подарки, эксклюзивные акции и последние новости!

Ристо Авила, технический директор компании Qt. Risto специализируется на разработке встраиваемого программного обеспечения и системной интеграции.

Выбор памяти для встраиваемой системы – одно из самых важных решений, которое вам предстоит принять. У меня многолетний опыт работы со встроенной памятью, и я собрал подробную информацию, а также советы экспертов по выбору правильного варианта для вашей системы.

В этой статье:

Что такое встроенная память?

Встроенная память — это память, которую процессор встроенного устройства использует для выполнения своих функций и обеспечения работы устройства. Память может храниться в системе на кристалле встроенного устройства или может быть отдельной.

Энергонезависимая и энергонезависимая память

Энергозависимая память может хранить хранимую информацию только до тех пор, пока она поддерживает питание. Энергонезависимая память сохраняет сохраненную информацию даже при отключении питания.

При отключении питания данные в энергозависимой памяти теряются. Оперативная память (ОЗУ) — это разновидность энергозависимой памяти.

Инженеры используют энергонезависимую память во встроенных системах для хранения кода и других данных, которые всегда нужны устройству, в том числе после перезапуска системы. Например, в энергонезависимой памяти часто хранятся параметры конфигурации системы.

Основная и дополнительная память в компьютерах

Основная память — это основная внутренняя память компьютерной системы. Центральный процессор системы (ЦП) напрямую обращается к основной памяти. Вторичная память часто находится на внешнем запоминающем устройстве. ЦП не имеет прямого доступа к вторичной памяти.

ЦП может быстро получить доступ к основной памяти, но основная память обычно является энергозависимой памятью. Это означает, что устройство теряет эти данные при отключении питания.Вторичная память является энергонезависимой, что означает, что она сохраняет свои данные даже после отключения питания. По сравнению с первичной памятью вторичная память работает относительно медленно. (Прочитайте наше руководство, чтобы узнать больше о том, как выбрать лучший ЦП для вашей встраиваемой системы.)

Многие встроенные системы и блоки микроконтроллеров, которые инженеры сегодня используют во встроенных системах, имеют всю свою память, непосредственно адресуемую главным процессором.

Основная память во встроенных системах

Основная память во встроенных системах обычно относится к типу оперативной памяти. Наиболее распространенными типами ОЗУ являются динамическая оперативная память (DRAM) и статическая оперативная память (SRAM).

Различия между SRAM и DRAM

Как SRAM, так и DRAM являются энергозависимой памятью. Но между ними есть ключевые различия, особенно в скорости и стоимости.

SRAM: SRAM обеспечивает чрезвычайно быстрое время доступа к процессору, примерно в четыре раза быстрее, чем DRAM. Память также сохраняет свои данные, пока на нее подается электроэнергия. Он потребляет меньше энергии, но стоит дороже, чем DRAM. Как правило, инженеры используют SRAM в устройствах, где скорость доступа имеет решающее значение. SRAM часто встраивается в систему на микросхеме или микросхеме микроконтроллера.
DRAM: DRAM медленнее, чем SRAM, и дешевле. Он сохраняет данные в течение короткого времени — обычно от нескольких миллисекунд до нескольких секунд — даже при постоянной мощности. Инженеры делают DRAM более похожей на SRAM, используя контроллер DRAM. Контроллер DRAM постоянно обновляет данные, хранящиеся в DRAM, поэтому данные не теряются. Более низкая стоимость DRAM по сравнению со SRAM означает, что инженеры используют больше DRAM, когда их устройствам требуется большой объем памяти.
SDRAM. Синхронная динамическая оперативная память, или SDRAM, является наиболее часто используемым типом DRAM. Это DRAM, которая синхронизируется с часами микропроцессора, прежде чем он ответит. Обычно это означает, что процессор может выполнять больше инструкций за заданный период времени.

SRAM и DRAM во встроенных системах

Многие встроенные системы используют оба типа ОЗУ. Они часто могут использовать небольшой блок более дорогой, но более быстрой SRAM на критических путях и больший блок DRAM для других функций. Во многих системах менее 10 % от общего объема ОЗУ занимают SRAM.

Память для встроенных систем: SRAM против DRAM

Какова роль ОЗУ и ПЗУ во встроенной системе?

Инженеры используют оперативную память во встроенных системах для запуска программ и хранения данных. Инженеры используют постоянную память или ПЗУ для хранения постоянных данных.

Типы памяти во встроенных системах

Типы памяти во встроенных системах обычно делятся на две категории: энергозависимая и энергонезависимая. В эти категории входят различные типы памяти RAM и ROM. Вот подробная информация о различных типах памяти в этих категориях.

ОЗУ
Вот какие типы ОЗУ могут использовать встроенные системы:

ROM
Эти типы энергонезависимой памяти, которые могут использовать встроенные системы:

"Их можно использовать для хранения серийных номеров, настроек радио или некоторых других данных, которые не должны изменяться пользователем", — делится Аарнипуро.

Другие варианты памяти с функциями как энергозависимой, так и энергонезависимой

У некоторых энергонезависимых запоминающих устройств есть некоторые ключевые особенности энергозависимых запоминающих устройств. Вы можете программировать и перепрограммировать их, но они также могут сохранять свое содержимое без электричества.

Инженеры часто используют EEPROM в прошивке продукта или для хранения прошивки при разработке продукта. Это может быть полезно для продуктов, которым может потребоваться обновить микропрограмму даже после того, как покупатель их приобретет.

"Это до сих пор широко используется", — утверждает Аарнипуро из Qt. «EEPROM имеет ограниченное количество циклов записи-стирания — обычно около 10 000».

Как и EEPROM, его можно перепрограммировать электрически. Но вы стираете и перепрограммируете флэш-память по одному сектору за раз, а не побайтно в EEPROM.

Флэш-память NAND. Инженеры чаще всего используют эту флэш-память.Он небольшой и часто используется в USB-накопителях и твердотельных накопителях (SSD).

Флэш-память NOR: быстрее, чем NAND, флэш-память NOR дороже и не так долговечна, как NAND. Инженеры часто используют флэш-память NOR для кода Execute-In-Place (XIP).

NVRAM, или энергонезависимая оперативная память. Этот тип ОЗУ не теряет данные при отключении питания, но может хранить их постоянно. Это дорого, но быстро. Инженеры используют это, когда время запуска имеет решающее значение.

Ферроэлектрическая оперативная память (FRAM): еще один тип ОЗУ, который не теряет данные при отключении питания, работает быстрее, предлагает гораздо больше циклов записи и потребляет меньше энергии. Инженеры иногда используют его вместо EEPROM или флэш-памяти.

Другие типы внешней памяти

Инженеры также могут использовать эти параметры внешней памяти во встроенной системе:

SSD: производители часто используют их во встроенных системах. Инженеры создали устройство с использованием флэш-памяти.
Защищенная цифровая карта (SD-карта): энергонезависимая память, которую обычно используют портативные устройства.

Иерархия встроенной памяти

Как выбрать правильную конфигурацию встроенной памяти для вашего проекта

Вы должны учитывать цену, задержку, емкость и другие факторы при выборе правильной памяти или комбинации памяти для встроенной системы. Вот несколько основных факторов, которые следует учитывать:

Скорость. Некоторые встроенные системы и устройства должны запускаться быстро или иметь другие функции, которые должны выполняться быстро. Убедитесь, что память, которую вы выбираете для этих операций, достаточно быстра. Разные типы памяти имеют разную скорость. SRAM, например, намного быстрее, чем DRAM.
Размер хранилища данных. Объем встроенных систем часто ограничен для хранения данных. Различные варианты памяти предлагают разные способы хранения, обслуживания и доступа к данным. Некоторые также предлагают способы предоставления дополнительной памяти с помощью внешних устройств.
Задержка. Выбранная вами память или комбинация памяти повлияют на встроенную систему.
Потребляемая мощность. Во встроенных системах и устройствах мощность часто ограничена. Вам нужно выбрать параметры, которые позволят устройству работать хорошо, но при этом потреблять ограниченное количество энергии.

«Простота разработки и отладки должна приниматься во внимание, когда важно вовремя вывести продукт на рынок. Об этом обычно забывают или игнорируют, что несколько огорчает разработчиков, работающих над продуктом», — добавляет он.

Выбор памяти: важное решение во встроенных системах

Память и комбинация памяти, которую вы выберете для своей встраиваемой системы, будут одним из самых важных решений, которые вы примете для системы. Память, вероятно, будет вторым самым дорогим компонентом после процессора. Вы захотите провести всестороннее тестирование, чтобы понять, какие типы памяти потребуются вашей встроенной системе для оптимальной работы. При принятии таких решений помогает наличие процесса проектирования и разработки программного обеспечения.

Qt может помочь с выбором памяти и всем остальным для создания встроенной системы

Выбор подходящей памяти для встраиваемой системы — это лишь одно из многих решений, которые вам предстоит принять. Qt и его инструменты могут помочь вам, когда вы принимаете важные решения для своей системы. Новые программные фреймворки, как правило, потребляют больше памяти, чем старые, поэтому также неплохо оценить используемый фреймворк и то, как он разрабатывается. Загрузите наше Руководство по планированию и требованиям к встраиваемым продуктам, которое поможет вам понять, как подойти к созданию встроенного устройства.

Часто задаваемые вопросы о встроенной памяти

Ниже мы рассмотрим несколько наиболее часто задаваемых вопросов, касающихся выбора памяти для встраиваемой системы.

Что такое карта памяти и почему она важна во встроенных системах?

Карта памяти – это виртуальная база данных, в которой подробно описывается структура памяти во встроенной системе. Карта памяти сообщает операционной системе встроенного устройства, сколько памяти доступно и как получить доступ к необходимой памяти из соответствующих мест. Прочтите наше руководство, чтобы узнать, как выбрать лучшую операционную систему для встроенного устройства.

Что такое встроенная флэш-память?

Встроенная флэш-память – это технология флэш-памяти, которая используется во многих портативных устройствах бытовой электроники и других устройствах в качестве памяти. Иногда производители устанавливают в устройство несъемную флэш-память. Вы также можете использовать съемные карты памяти, чтобы добавить больше флэш-памяти.

Флэш-память – это самая дешевая энергонезависимая память, которая очень распространена. Производители мобильных потребительских устройств широко используют его. Многие отрасли также используют его для встраиваемых систем и устройств.

Что такое встроенная SRAM?

Встроенная SRAM — это статическая оперативная память (SRAM), которую встроенная система использует для своих потребностей в памяти. SRAM — одна из самых быстрых доступных памяти, но она также дорогая. Разработчики встраиваемых систем используют его для важных функций, которым требуется быстрая и надежная память.

Какая память работает быстрее во встроенных системах?

SRAM, вероятно, является самой быстрой памятью во встроенных системах, но она также и дорогая. SRAM — это энергозависимая память. Среди энергонезависимой памяти NVRAM и PCM также относительно быстры.

Поделитесь с друзьями

Руководство по планированию и требованиям к встроенному продукту

В этом руководстве по планированию IoT и встроенных продуктов мы рассмотрим наиболее важные критерии, которые следует учитывать в самом начале, сравним список наиболее часто используемых технологий и ранжируем их по категориям, которые легко сравнивать.

Читайте также: