嵌入式系統(tǒng)設(shè)計人員歷來為需要在惡劣的高沖擊和振動條件下運(yùn)行的應(yīng)用提供有限的內(nèi)存產(chǎn)品。這是因?yàn)閮?nèi)存技術(shù)及其相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)雙列直插內(nèi)存模塊 （DIMM） 和小外形 DIMM （SODIMM） 外形尺寸的進(jìn)步在很大程度上受到 PC、電信和服務(wù)器市場需求的推動。為這些市場應(yīng)用設(shè)計的內(nèi)存模塊通常不符合關(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，同時還提供高可靠性和性能，并在惡劣或惡劣的環(huán)境中長期運(yùn)行。在嵌入式市場中，內(nèi)存產(chǎn)品必須支持較長的產(chǎn)品生命周期并且具有成本效益。

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)開發(fā)內(nèi)存技術(shù)進(jìn)步。內(nèi)存供應(yīng)商通過各種標(biāo)準(zhǔn)組聯(lián)合起來，在商用內(nèi)存模塊中取得這些進(jìn)步，使嵌入式系統(tǒng)設(shè)計人員能夠使用各種容量的堅固設(shè)備。這種標(biāo)準(zhǔn)化還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 加快產(chǎn)品上市時間，同時降低整體系統(tǒng)成本和項(xiàng)目風(fēng)險。

在堅固的內(nèi)存技術(shù)方面取得長足進(jìn)步

內(nèi)存技術(shù)創(chuàng)新為嵌入式系統(tǒng) OEM 提供了多種堅固耐用的選項(xiàng)，包括小尺寸模塊設(shè)計、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)速率類型三 （DDR3） SODIMM 內(nèi)存模塊視為堅固嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的支柱。增加 DDR3 SODIMM 的耐用性的是新的低功耗、低功耗 DDR3L 內(nèi)存模塊，它解決了一個關(guān)鍵的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn)。JEDEC 規(guī)定，運(yùn)行內(nèi)存超過 +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總電流、采用熱釋放覆銅方法 PCB 設(shè)計、減少芯片數(shù)量和利用 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)計相比，DDR3L 內(nèi)存每個模塊最多可節(jié)省 +10 °C，并消除了雙刷新率要求。基于供應(yīng)商的測試表明，根據(jù)所使用的組件，

表 1： Virtium 內(nèi)部測試數(shù)據(jù)顯示，根據(jù)所采用的組件，OEM 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。

Blade VLP 是高度為 18.75 mm 的 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn) VLP 的低剖面 （17.78 mm） 替代品。將 DDR3 VLP 內(nèi)存模塊的高度降低到 17.78 毫米，解決了許多電信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中存在的空間受限限制，在這些應(yīng)用中很難容納行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DIMM 或 Mini DIMM 插槽所需的內(nèi)存加上一個標(biāo)準(zhǔn)的 VLP。這種方法使設(shè)計人員能夠降低使用多個內(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 AdvancedTCA 的電信和以太網(wǎng)刀片交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的典型設(shè)計挑戰(zhàn)。

電信和網(wǎng)絡(luò)刀片系統(tǒng)的設(shè)計人員通常面臨系統(tǒng)高度的嚴(yán)格限制。此外，這些系統(tǒng)需要在內(nèi)存模塊頂部留出空間，以使氣流能夠進(jìn)行有效的熱管理。采用降低高度的 DDR3L VLP 內(nèi)存模塊有助于改善氣流并提供薄型，使 OEM 能夠提供更高可靠性的產(chǎn)品，從而降低總擁有成本。特定的 DDR3L VLP 模塊還提供單次刷新率，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)商提供了制造進(jìn)步，例如側(cè)面固定夾以加固 DDR3 SODIMM 模塊。這些普遍適用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)計人員通常僅限于使用較弱的商業(yè)級固定夾來固定內(nèi)存模塊。在某些情況下，這些保持器可能會突然打開并導(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)行重大修改，經(jīng)常導(dǎo)致基于 COTS 的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計無法充分解決該問題。

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，可提供增強(qiáng)的保護(hù)，防止環(huán)境退化。

除了機(jī)械改進(jìn)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)計人員通?？梢詮膬?nèi)存模塊的三個溫度選項(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)范至關(guān)重要。因此，重要的是定義一組標(biāo)準(zhǔn)的溫度測試參數(shù)，并且內(nèi)存供應(yīng)商與 OEM 合作，根據(jù)特定設(shè)備和測試時間需求調(diào)整測試方法。嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)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)測試來完成的。這些測試也可以使用專門開發(fā)的烤箱進(jìn)行，該烤箱與大多數(shù)嵌入式主板外形尺寸相匹配，從而能夠在整個系統(tǒng)性能下進(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 錯誤等缺陷至關(guān)重要。需要注意的是，根據(jù)應(yīng)用或系統(tǒng)規(guī)格，系統(tǒng)級測試也可能是必要的+85 °C 環(huán)境溫度。

對內(nèi)存模塊中 DRAM 故障模式的分析已確定，具有次優(yōu)可靠性的 DRAM 組件在使用的前三個月往往會發(fā)生故障。隨著較新的 DRAM 向更小的工藝幾何尺寸發(fā)展，包含弱位（單個單元中的微觀缺陷）的芯片可能存在更大的風(fēng)險。這不足以直接導(dǎo)致 DRAM 故障，但可能會在初始現(xiàn)場操作開始后的幾周內(nèi)出現(xiàn)單位錯誤。

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。盡管大多數(shù) DRAM 芯片都在芯片級進(jìn)行靜態(tài)老化，但 TDBI 提供了更全面的測試方法，在模塊級實(shí)現(xiàn) 24 小時老化測試，同時在模塊在壓力下執(zhí)行時動態(tài)運(yùn)行和檢查測試模式條件。多家內(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)和外形尺寸

多個行業(yè)組織，例如 JEDEC 和小尺寸特別興趣小組 （SFF-SIG） 積極參與了當(dāng)今嵌入式系統(tǒng)的存儲設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化工作。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 加快上市時間，同時降低整體系統(tǒng)成本和項(xiàng)目風(fēng)險。

ECC 已成為嵌入式系統(tǒng)的中流砥柱。然而，JEDEC 成員在開發(fā) SODIMM 外形規(guī)格的 DDR2 規(guī)范時最初并沒有意識到需要適應(yīng) ECC，因?yàn)楫?dāng)時大多數(shù)筆記本電腦芯片組不支持 ECC?？吹角度胧较到y(tǒng)中可以在更快的 DDR2 內(nèi)存模塊上實(shí)現(xiàn) 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)范是為滿足嵌入式系統(tǒng)在過度沖擊和振動條件下可靠運(yùn)行而定義的存儲設(shè)備的另一個示例。這些系統(tǒng)的設(shè)計者需要一個小尺寸、極其堅固的 DDR3 模塊。該標(biāo)準(zhǔn)使設(shè)計人員擺脫了以前商業(yè)級產(chǎn)品的限制，這些產(chǎn)品需要焊接、綁帶、膠水或系緊來固定模塊。

Virtium、Swissbit 和 LiPPERT 嵌入式計算機(jī)之間通過 SFF-SIG 合作產(chǎn)生了一個具有與 DDR3 標(biāo)準(zhǔn) DIMM 非常相似的引腳定義的模塊。針腳定義利用高性能 240 針 SMT 連接器系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用帶有螺釘附件的支座將 XR-DIMM 內(nèi)存模塊牢固地固定在主板上。此外，該引腳定義包括一個 SATA 接口，以支持開發(fā)包含 DDR3 和 NAND 閃存的雙功能模塊，用于從單個插槽實(shí)現(xiàn)組合內(nèi)存和固態(tài)驅(qū)動器存儲。SATA 和 DDR3 組合模塊的未來標(biāo)準(zhǔn)正在規(guī)劃中。

滿足苛刻的內(nèi)存要求

盡管對加固型嵌入式設(shè)備的需求不斷增加，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)的制造改進(jìn)，以滿足 OEM 的需求。DDR3 SODIMM、DDR3L 和小尺寸 DDR3L 都是有助于滿足嚴(yán)苛內(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，同時提供當(dāng)今復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)所需的性能。

XR-DIMM 和 ECC SODIMM 的標(biāo)準(zhǔn)也促進(jìn)了耐用型內(nèi)存產(chǎn)品的現(xiàn)成供應(yīng)。此外，設(shè)計人員可以使用底部填充側(cè)固定夾和保形涂層制造選項(xiàng)以及先進(jìn)的測試方法，以幫助確保穩(wěn)健的設(shè)計。

在堅固的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計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)步將與這些要求保持同步，幫助 OEM 保持持續(xù)的競爭力和未來的創(chuàng)新。

審核編輯：郭婷