Mehr als nur Komplexitätsreduktion

Bild 3: Der MSP430 ist ein 16-Bit-RISC-Mikrocontroller der Firma Texas

Bild 3: Der MSP430 ist ein 16-Bit-RISC-Mikrocontroller der Firma Texas Instruments. Premier Farnell

Ein weiterer Grund für die Nützlichkeit des FRAM für Smart Grids ist, dass er die Komplexität des Systems und die Bauteilkosten reduzieren kann. Beispielsweise beinhalten viele Smart-Grid-Designs heutzutage eine gesonderte nichtflüchtige Speicheroption (entweder FRAM oder EEPROM). Diese lassen sich ohne Probleme innerhalb einer integrierten MCU mit FRAM unterbringen (wie bei den MCUs mit FRAM der Baureihe MSP430FRxx von Texas Instruments), bei niedrigem Gesamtstromverbrauch des Systems (Bild 3).

FRAM hat mehrere inhärente physischer Eigenschaften, die für sichere Smart-Building-Anwendungen von Vorteil sind. Die hohe Überschreibbarkeit bedeutet, dass Verschlüsselungsvorgänge über die vorhersehbare Produktlebensdauer stattfinden können, ohne dass man sich Sorgen darum machen müsste, dass der Speicher ausfällt. Durch den geringen Energieverbrauch und die hohe Geschwindigkeit beim Schreiben steigt auch die Datensicherheit, da es schwer ist, einen Messfühler auf dem Chip unterzubringen und die Daten abzutasten. Außerdem ist es physisch unmöglich, durch Öffnen des Chips die einzelnen FRAM-Moleküle auszulesen und die Speicherinhalte zu decodieren. Ein intelligentes Gebäude wäre dadurch sogar noch sicherer, und zwar sowohl was das physische Hacking als auch was den drahtlosen Zugriff auf die Systemdaten anbelangt.

Eck-Daten

Die Einführung des Embedded-Ferroelectric-Random-Access-Memory (FRAM) bietet Entwicklern neue Möglichkeiten. Die wesentlichen Vorteile von FRAM sind:

  • Lese-/Schreibfunktion mit geringer Leistungsaufnahme und höherem Durchsatz
  • True Unified Memory, konfigurierbar als Flash oder RAM
  • Hohe Lese-/ Schreibgeschwindigkeiten erhöhen die Datensicherheit
  • Praktisch unbegrenzte Schreibausdauer bis 1015 Zyklen
  • Inhärent robust und strahlungsresistent

Schließlich bedeutet ein Speicher mit geringerem Energieverbrauch und längerer Lebensdauer, dass diese Smart-Grid-Designs über die gesamte Produktlebensdauer geschlossen und versiegelt bleiben können. Für die Vielzahl von Knoten wäre entweder gar keine Wartung oder nur ein sehr einfacher Austausch des gesamten Knotens notwendig, anstatt einen Akku auszutauschen, was aufwendiger ist. Dies trägt dazu bei, die Kosten über die gesamte Lebensdauer des Smart-Building-Systems zu senken und das System gleichzeitig robuster gegenüber sich ändernden Umgebungseinflüssen zu machen.

Was ist FRAM?

FRAM ermöglicht, genau wie DRAM auch, den Direktzugriff auf jedes einzelne Bit, sowohl zum Lesen als auch zum Schreiben. FRAM bietet bestimmte Vorteile gegenüber anderen eigenständigen Speichern. Anders als EEPROM oder Flash-Speicher benötigt FRAM weder eine Ladungspumpe, noch eine besondere Sequenz zum Schreiben von Daten oder eine höhere Programmierspannung. FRAM ist nicht flüchtig und bietet damit mehr Flexibilität sowie einen Schutz vor Datenverlust, sollte es zu einer Unterbrechung der Stromversorgung kommen (Bild 4). All dies zusammen senkt den Energieverbrauch im Vergleich zu Flash um das 250-fache pro Bit, ohne dabei den Speicher zu stören.

Bild 4: Der nichtflüchtige FRAM bietet Schutz vor Datenverlust bei Unterbrechungen der Stromversorgung.

Bild 4: Der nichtflüchtige FRAM bietet Schutz vor Datenverlust bei Unterbrechungen der Stromversorgung. Wikimedia

Obwohl eigenständige FRAM-Lösungen bereits seit einiger Zeit erhältlich sind, war ihre Verwendung bislang auf den allgemeinen Einsatz in Speichergeräten beschränkt. Erst die Kopplung von FRAM mit MCUs hat es ermöglicht, dass dieser Speichertyp breitere Anwendung findet. Anhand integrierter MCUs lässt sich der ganze Wert und die Kapazität der Speicherfunktionen von FRAM erst richtig ermessen: Er bietet universellen Speicher, einen geringen Stromverbrauch, Flexibilität, eine lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit. Dies sind Schlüsseleigenschaften für Embedded-Wireless-Anwendungen, die bisher nicht zur Verfügung standen.

 

Im Folgenden beschreibt der Beitrag, welche Entwicklungsfreiheiten die Drahtloskommunikation bietet und wie sich mit FRAM-Speicherlösungen sichere Systeme entwickeln lassen.

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