嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員歷來擁有有限的存儲器產(chǎn)品，適用于需要在惡劣的高沖擊和振動條件下運(yùn)行的應(yīng)用。這是因?yàn)閮?nèi)存技術(shù)的進(jìn)步及其相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)雙列直插式內(nèi)存模塊（DIMM）和小輪廓DIMM（SODIMM）外形尺寸在很大程度上是由PC，電信和服務(wù)器市場需求推動的。為這些市場應(yīng)用設(shè)計(jì)的存儲器模塊通常不符合關(guān)鍵的嵌入式應(yīng)用規(guī)范，這些規(guī)范必須允許空間受限的布局，同時(shí)還要提供高可靠性和高性能，并在惡劣或惡劣的環(huán)境中長期運(yùn)行。在嵌入式市場中，存儲器產(chǎn)品必須支持較長的產(chǎn)品生命周期，并且還具有成本效益。

一些內(nèi)存模塊供應(yīng)商專注于嵌入式市場的需求，并繼續(xù)發(fā)展內(nèi)存技術(shù)進(jìn)步。存儲器供應(yīng)商通過各種標(biāo)準(zhǔn)組走到一起，在商用存儲器模塊方面取得這些進(jìn)步，使嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠訪問各種容量的堅(jiān)固型設(shè)備。這種標(biāo)準(zhǔn)化還帶來了多個供應(yīng)商一致可用性的額外好處，這有助于OEM加快上市時(shí)間，同時(shí)降低整體系統(tǒng)成本和項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。

在堅(jiān)固耐用的內(nèi)存技術(shù)方面取得長足進(jìn)步

存儲器技術(shù)創(chuàng)新為嵌入式系統(tǒng) OEM 提供了各種堅(jiān)固耐用的選項(xiàng)，包括扁平的模塊設(shè)計(jì)、糾錯碼 （ECC）、散熱、擴(kuò)展溫度操作以及添加熱傳感器來監(jiān)控模塊溫度。

嵌入式系統(tǒng) OEM 將雙倍數(shù)據(jù)速率三型 （DDR3） SODIMM 內(nèi)存模塊作為堅(jiān)固耐用的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的支柱。除了 DDR3 的耐用性之外，我們還采用了新的低功耗、低耗散 DDR3L 內(nèi)存模塊，解決了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。JEDEC 規(guī)定，運(yùn)行內(nèi)存溫度超過 +85 °C 的系統(tǒng)必須將 DDR3 自刷新率提高一倍。DDR3L 內(nèi)存模塊通過選擇最低的總電流、采用散熱銅澆注方法 PCB 設(shè)計(jì)、減少芯片數(shù)量以及利用 1.35 V DDR3 動態(tài)隨機(jī)存取存儲器 （DRAM） 來解決雙刷新率要求。與當(dāng)前的 DDR3 設(shè)計(jì)相比，DDR3L 內(nèi)存每個模塊可節(jié)省高達(dá) +10 °C 的溫度，并消除了雙刷新率要求?；诠?yīng)商的測試表明，根據(jù)所使用的組件，DDR3L模塊有助于顯著降低功耗，從而有助于提高性能（見表1）。

表 1：Virtium 內(nèi)部測試數(shù)據(jù)顯示，根據(jù)所使用的組件，OEM 廠商可以使用 8 GB ECC 內(nèi)存模塊實(shí)現(xiàn)高達(dá) 50% 的功耗降低。

刀片 VLP 是高度為 18.75 毫米的 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn) VLP 的低剖面 （17.78 毫米） 替代品。將 DDR3 VLP 內(nèi)存模塊的高度降低到更薄的 17.78 mm，解決了許多電信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的空間受限限制，在這些應(yīng)用中，很難容納行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DIMM 或 Mini DIMM 插座以及標(biāo)準(zhǔn) VLP 所需的內(nèi)存。這種方法允許設(shè)計(jì)人員降低使用多個內(nèi)存模塊的系統(tǒng)以及必須在+85°C以上運(yùn)行的系統(tǒng)的總功耗，這是各種基于AdsentialTCA的電信和以太網(wǎng)刀片交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的典型設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

電信和網(wǎng)絡(luò)刀片系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員通常面臨嚴(yán)格的系統(tǒng)高度限制。此外，這些系統(tǒng)需要在內(nèi)存模塊頂部留出空間，以啟用氣流以實(shí)現(xiàn)有效的熱量管理。采用高度較低的 DDR3L VLP 內(nèi)存模塊有助于改善氣流并提供低剖面，使 OEM 能夠提供可靠性更高的產(chǎn)品，從而降低總擁有成本。特定的 DDR3L VLP 模塊還提供單刷新率，這對于最大限度地提高高溫系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。

多種方法有助于加固

為了幫助 OEM 滿足對振動、溫度或其他惡劣環(huán)境條件的極端要求，內(nèi)存供應(yīng)商提供了制造技術(shù)進(jìn)步，例如用于加固 DDR3 SODIMM 模塊的側(cè)固定夾。這些通用適應(yīng)性強(qiáng)的夾子可以很容易地在各種應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)。在最近的過去，設(shè)計(jì)人員通常僅限于較弱的商業(yè)級固定夾，以保持內(nèi)存模塊就位。在某些情況下，這些保持架可能會彈出打開并導(dǎo)致系統(tǒng)級故障。其他涉及安裝孔的替代方案需要對主板進(jìn)行大量修改，這通常會導(dǎo)致基于COTS的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)無法充分解決問題。

此外，OEM可以利用底部填充選項(xiàng)，為標(biāo)準(zhǔn)FR-4 PCB上填充的組件提供更高的抗沖擊性，保形涂層是另一種符合MIL-I-46058C標(biāo)準(zhǔn)的選擇，以提供增強(qiáng)的環(huán)境退化保護(hù)。

除了機(jī)械增強(qiáng)之外，OEM還可以進(jìn)行許多電氣升級，包括擴(kuò)展溫度篩選和老化，以及添加熱傳感器來監(jiān)控模塊溫度。設(shè)計(jì)人員通?？梢詮膬?nèi)存模塊中的三個溫度選項(xiàng)中進(jìn)行選擇：

工業(yè)溫度：-40 °C 至 +95 °C

擴(kuò)展溫度：-25 °C 至 +95 °C

標(biāo)準(zhǔn)溫度：0 °C 至 +95 °C

測試對于確保模塊符合溫度規(guī)格至關(guān)重要。因此，定義一組標(biāo)準(zhǔn)的溫度測試參數(shù)以及存儲器供應(yīng)商與OEM合作以根據(jù)特定設(shè)備和測試時(shí)間需求調(diào)整測試方法非常重要。嵌入式系統(tǒng)通常執(zhí)行任務(wù)關(guān)鍵型操作，因此在建立測試定義并完成驗(yàn)證后，建議根據(jù)定義的計(jì)劃對內(nèi)存模塊進(jìn)行100%測試。

確保擴(kuò)展溫度操作的最佳測試方法是通過使用客戶主板或在具有相同芯片組和設(shè)置的經(jīng)批準(zhǔn)的主板上進(jìn)行生產(chǎn)測試來完成。這些測試也可以使用專門開發(fā)的烤箱進(jìn)行，這些烤箱與大多數(shù)嵌入式主板外形尺寸相匹配，從而能夠以完整的系統(tǒng)性能進(jìn)行溫度測試。

系統(tǒng) 測試 對于 捕獲 使用 標(biāo)準(zhǔn) 測試 系統(tǒng) 無法 發(fā)現(xiàn) 的 ECC 錯誤 等 缺陷 非常 關(guān)鍵。重要的是要注意，根據(jù)應(yīng)用或系統(tǒng)規(guī)格，系統(tǒng)級測試可能還需要使用Temtronic ThermoStream單元進(jìn)行，以滿足低至-45°C的溫度要求，或者在+85°C環(huán)境溫度下使用低溫烘箱進(jìn)行測試長達(dá)12小時(shí)。

對內(nèi)存模塊中 DRAM 故障模式的分析已確定，可靠性欠佳的 DRAM 組件在使用后的前三個月往往會出現(xiàn)故障。隨著較新的DRAM發(fā)展到更小的工藝幾何形狀，包含弱位（單個單元中的微觀缺陷）的芯片可能會有更大的風(fēng)險(xiǎn)。這不足以導(dǎo)致DRAM完全故障，但在初始現(xiàn)場操作開始后的幾周內(nèi)可能會出現(xiàn)單比特錯誤。

使用老化期間測試 （TDBI） 有助于消除任何潛在的早期故障，并提高內(nèi)存產(chǎn)品的整體可靠性。雖然大多數(shù)DRAM芯片在芯片級經(jīng)歷靜態(tài)老化，但TDBI提供了一種更全面的測試方法，在模塊級實(shí)施24小時(shí)老化測試，同時(shí)在模塊在壓力條件下動態(tài)運(yùn)行和檢查測試模式。各種內(nèi)存制造商進(jìn)行的研究表明，使用TDBI腔室可以將早期故障減少多達(dá)90%。

新標(biāo)準(zhǔn)和外形規(guī)格

JEDEC和小型特殊興趣小組（SFF-SIG）等多個行業(yè)組織積極參與當(dāng)今嵌入式系統(tǒng)的存儲設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化帶來了來自多個供應(yīng)商的一致可用性的額外好處，這有助于OEM加快上市時(shí)間，同時(shí)降低整體系統(tǒng)成本和項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。

ECC已成為嵌入式系統(tǒng)的中流砥柱。但是，JEDEC 成員最初并不認(rèn)識到在 SODIMM 外形上開發(fā) DDR2 規(guī)范時(shí)需要適應(yīng) ECC，因?yàn)楫?dāng)時(shí)大多數(shù)筆記本電腦芯片組都不支持 ECC?？吹綄梢栽谇度胧较到y(tǒng)中更快的 DDR2 內(nèi)存模塊上實(shí)現(xiàn)的 ECC 的需求，Virtium 贊助了 JEDEC 中的 ECC SODIMM 規(guī)范，該規(guī)范現(xiàn)已擴(kuò)展到 DDR3 和 DDR4 模塊。

SFF-SIG 的 XR-DIMM 規(guī)范是存儲器器件的另一個示例，旨在滿足嵌入式系統(tǒng)在過度沖擊和振動條件下可靠運(yùn)行的需求。這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員需要一個外形小巧、極其堅(jiān)固的 DDR3 模塊。該標(biāo)準(zhǔn)將設(shè)計(jì)人員從商業(yè)級產(chǎn)品以前的限制中解放出來，這些產(chǎn)品需要焊接，帶子，膠水或系緊物來固定模塊。

通過 SFF-SIG 工作的維塔、瑞士比特和 LiPPERT 嵌入式計(jì)算機(jī)之間的合作產(chǎn)生了一個引腳定義的模塊，該模塊的引腳定義與 DDR3 標(biāo)準(zhǔn) DIMM 非常相似。引腳定義利用高性能 240 針 SMT 連接器系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用帶螺釘附件的支座將 XR-DIMM 內(nèi)存模塊牢固地固定在主板上。此外，引腳定義包括一個SATA接口，用于開發(fā)包含DDR3和NAND閃存的雙功能模塊，以便從單個插槽實(shí)現(xiàn)存儲器和固態(tài)驅(qū)動器存儲的組合。計(jì)劃未來采用 SATA 和 DDR3 模塊組合標(biāo)準(zhǔn)。

滿足堅(jiān)固耐用的內(nèi)存要求

雖然對加固型嵌入式設(shè)備的需求持續(xù)上升，但內(nèi)存模塊供應(yīng)商繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)進(jìn)步和相關(guān)制造改進(jìn)，以滿足OEM的需求。DDR3 冗余、DDR3L 和扁平化 DDR3L 都是有助于滿足堅(jiān)固內(nèi)存要求的新技術(shù)示例。這些進(jìn)步解決了許多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，包括低功耗、增強(qiáng)的散熱和擴(kuò)展的溫度容差，同時(shí)提供當(dāng)今復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)所需的性能。

XR-DIMM 和 ECC 的 SODIMM 標(biāo)準(zhǔn)也有助于推進(jìn)堅(jiān)固耐用的內(nèi)存產(chǎn)品的現(xiàn)成供應(yīng)。此外，設(shè)計(jì)人員可以使用底部填充側(cè)保持夾和保形涂層制造選項(xiàng)以及先進(jìn)的測試方法，以幫助確保設(shè)計(jì)堅(jiān)固。

在堅(jiān)固耐用的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中保持最高可靠性和可用性的挑戰(zhàn)將繼續(xù)存在，但內(nèi)存模塊的進(jìn)步將跟上這些要求的步伐，幫助實(shí)現(xiàn)OEM的持續(xù)競爭力和未來的創(chuàng)新。

審核編輯：郭婷