Industrial FLASH

FLASH-Speicher für Industrieanwendungen

Die Proliferation von PC-Technologien in den Markt industrieller Steuerungskomponenten hat zu einem erheblichen Schub an Leistungsfähigkeit, Flexibilität und Vernetzbarkeit geführt. Obgleich diese Migration erhebliche Anstrengungen forderte - angefangen von Temperaturqualifizierungen der Schlüssel-ICs bis zur Sicherstellung langfristiger Verfügbarkeit - hat sich der Aufwand gerechnet und so sind heute zu moderaten Kosten ausgefeilte und komplexe Steuerungen darstellbar. Nicht alle Komponenten allerdings haben den Sprung in die Automation geschafft, so z.B. die Festplatte als Massenspeicher mit rotierender magnetisierbarer Scheibe. Ideal geeignet für Büroanwendungen dank hoher Speicherdichte und niedriger Kosten, reicht es in Sachen mechanischer Robustheit nicht für die Industrieautomatisierung. Die Alternative sind Massenspeicher auf Halbleiterbasis, vor allem FLASH-Speicher. Sie bieten die Schock-, Temperatur- und Druckfestigkeit, die im industriellen Sektor obligatorisch sind. Zumeist werden sie als Solid State Disks mit Standard Formfaktor 1,8" oder 2,5" angeboten, es gibt aber vor allem für sehr dicht aufgebaute Systeme FLASH-Disks mit USB-, IDE- oder SATA-Schnittstellen und sehr kleinen Abmessungen.

FLASH-Stick am USB-Anschluss

: Bild 1: Embedded USB FLASH-Drives von Smart Modular

: Bild 2: Embedded iSATA FLASH-Drive - das Laufwerk kann entweder direkt in den SATA-Connector einer Baugruppe gesteckt werden oder über Kabel verbinden.

Die einfachste Möglichkeit, einem Embedded-PC ein bootfähiges Laufwerk zu verpassen, besteht in einem FLASH-Stick am USB-Port mit aufgespieltem Betriebssystem. Diese Lösung allerdings ist wenig industrietauglich, daher bieten Hersteller wie SMART Modular FLASH-Drives zum Aufstecken auf die Hauptplatine. Abgebildet ein FLASH-Drive mit 2,54'er Steckerleiste (Legacy), das sich dank standardisierter Steckerbelegung und einer Baugröße von etwa 36 x 28 mm auf nahezu allen IPCMainboards montieren lässt. Dieses eUSB FLASH-Drive wird derzeit bis 16 GByte Kapazität angeboten sowie für 3.3V und 5V Versorgungsspannung und mit unterschiedlichen Steckeroptionen, darunter auch solchen, die das Stapeln der Module erlauben. Das Laufwerk ist für industriellen Temperaturbereich qualifiziert (-40 .. 85°C) und unterstützt USB 2.0.

SATA-Laufwerke für die Industrie - iSATA

: Bild 3: FLASH-Cards im Formfaktor PC, CF und SD mit industrieller Qualifizierung.

Braucht man etwas mehr Performance oder sind USB-Schnittstellen rar, so bieten sich sog. iSATA-Drives an, also Laufwerke mit Serial-ATA-Schnittstelle. „XceedIOPS iSATA Slim“ heißt die entsprechende Produktlinie von SMART mit Kapazitäten von derzeit 4 GByte bis 64 GByte und SATAII Interface. Die Übertragungsleistung ist erheblich höher als bei eUSB, mit den iSATA-Laufwerken können in der Spitze bis zu 120 MByte/s gelesen und 115 MByte/s geschrieben werden, bei eUSB sind es lediglich 36/23 MByte/s. Die Anschlussleiste entspricht elektrisch und mechanisch den Anschlussleisten handelsüblicher SATA-Harddisks, so dass die Slims wahlweise über Kabel oder, wenn auf dem Mainboard so vorgesehen, direkt aufgesteckt werden können. Die iSATA Speicher verwenden robuste Single-Level-Cell (SLC) FLASH-Speicher und erreichen dadurch eine extrem hohe Lebensdauer von über 260 Jahren bei einem Schreibvolumen von 200 GByte am Tag sowie unlimitiertem Lesevolumen. Wie die eUSBDrives sind sie mit kommerzieller oder industrieller Temperaturqualifizierung erhältlich.

Speicherkarten

Mitunter ist es notwendig, Datenträger nicht nur robust sondern auch mobil zu gestalten, dann eignen sich Formate wie PC-Card, CF- oder SD-Card. Diese Karten sind aus dem Bereich der Notebooks bzw. von elektronischen Kameras bekannt, doch entsprechen die bei den Resellern der Consumerelektronik angebotenen Speicher keinen Industrienormen. Verbaut sind dort i.d.R. Multi-Level-Cell FLASH-Speicher, recht preisgünstig aber nach spätestens 10.000 Schreib-/Lesezyklen am Ende ihrer Lebensdauer. SMART Modular bietet hier industrietaugliche Alternativen in allen 3 Formfaktoren mit aktuellen Kapazitäten bis 16 GByte (8 GByte bei SD-Card), Qualifizierung für den erweiterten Temperaturbereich von -40 .. 85°C, niedriger Stromaufnahme und garantierter Lebensdauer von mehr als 2.000.000 Schreib-/Lesezyklen.

Tabelle 4: Übersicht der Industrial-FLASH Produkte von SMART Modular.
Eigenschaften	XceedlOPS iSATA Slim	XceedUltra mSATA	XceedLite microSATA	XceedSCDD	XceedCF/AT	XceedSD
Schnittstelle	SATA 3Gb/s	SATA 3Gb/s	SATA (1.5Gbps)	IDE UltraDMA 4	ATA Ultra DMA 5	SDHC Class 6
Controller	Indilinx Amigos	TBD	Phison 3102	Hyperstone F3, F4	Hyperstone F2, F3, F4, Silicon Motion SM325	Phison PS2231
Flash Typ	SLC 32nm	SLC 32nm, MLC 24nm	SLC	SLC 42m & 43nm	SLC 42nm & 43nm	SLC 43nm
Kapazität	4-64Gb	4-64Gb (SLC) // 8-128Gb (MLC)	2-16Gb	128Mb-16Gb	CF: 64Mb-16Gb, 32Gb // ATA: 64Mb-32Gb	1-8Gb
Formfaktor	MO-297A		Stacked	52-pin BGA
Universal Input	5V/3.3V	MO-300	3.3V	5/3.3V
Sequential Performance	120/115 MB/s (R/W)	120/110 MB/s (R/W)	86/55 MB/s (R/W)	47/25 MB/s (R/W)	47/25 MB/s (R/W)	18/13 MB/s (R/W)
Random Performance	14K/1.4K IOPS (R/W)	15K/2K IOPS (R/W)
Temperatur	0 bis 70°C	0 bis 70°C	0 bis 70°C	0 bis 70°C	0 bis 70°C	0 bis 70°C
Schock	50g half-sine	50g half-sine	1500g half-sine	50g half-sine	50g half-sine	50g half-sine
Vibration	16.4g rms	16.4g rms		15g peak-peak	15g peak-peak	15g peak-peak
S.M.A.R.T.	Ja	Ja	Ja	Ja

Technology Transfer 2011 Heft 1

Signal-Integrity Repeater und Retimer: Mit Repeatern und Retimern von IDT können serielle Hochgeschwindigkeitssignale rekonstruiert und sichere Übertragungsstrecken erheblich verlängert werden.
Drahtloses Internet der Dinge - GS1011 Wifi SoCs: Mit den Low-Power 802.11 WiFi SoCs von Gainspan Geräte drahtlos vernetzen und damit das Internet-der-Dinge einbinden.
Quarzfreie Oszillatoren: Die monolithischen CMOS-Oszillatoren “CrystalFree” der Firma IDT erreichen eine Genauigkeit von +/-50ppm und ersetzen damit herkömmliche Quarzoszillatoren.
MPU-6050 Gyroskop und Accelerometer in einem Chip: Der MPU-6000 und MPU-6050 von Invensense integriert ein 3-achsiges Gyroskop, einen 3- achsigen Beschleunigungsmesser sowie digitale Signalaufbereitung in einem Baustein.
Kombiwandler RP600 - Bis zum letzten Coulomb: Optimierung von Stromverbrauch und Batteriestandzeiten mit den Kombiwandlern der Firma Ricoh aus der RP600 Familie.
Image Warping mit den sxw2: Echtzeit-Entzerrung von Fisheye-Aufnahmen in HD-Auflösung mit dem sxW2 von Geo Semiconductor vereinfacht die Videoüberwachung und verbessert die optische Qualität
Multiphase Metering: Elektronische Zählerbausteine 90Exx von IDT für Einfach- und Mehrphasen Stromzähler bieten hohe Dynamik und Präzision
Smart Xceed - Industrial FLASH: FLASH Speicherlaufwerke von Smart Modular mit hoch zuverlässigen SLC Speichern eignen sich besonders für den Einsatz in industriellen Steuerungssystemen.