close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Повышение надежности встраиваемых систем

код для вставкиСкачать
встраиваемые системы
118
Повышение надежности
встраиваемых систем
с твердотельными накопителями
Сергей Румянцев
[email protected]
Введение
Основные требования, предъявляемые
к встраиваемым системам, — это повышенная надежность и высокая наработка на отказ. Известно, что о надежности всей системы в целом можно судить по надежности ее
самого слабого элемента. Соответственно,
чтобы увеличить надежность всей системы,
разработчик должен стремиться увеличить
надежность всех ее элементов (и в первую
очередь — самых слабых). Вот почему в последние годы промышленные твердотельные накопители (SSD) получают все большее
распространение во встраиваемых системах.
Помимо высокого времени наработки на отказ, этому в немалой степени способствуют
и другие основные достоинства промышленных SSD (рис. 1):
• высокая скорость записи/чтения;
• низкая потребляемая мощность;
• отсутствие движущихся частей;
• высокая устойчивость к ударам и вибрации;
• широкий диапазон рабочих температур.
Наряду с этим твердотельным накопителям присущи некоторые недостатки. Одним
из них является возможность потери записываемой информации при сбое в системе
электропитания устройства. Это обусловле-
Рис. 1. SSD серии InnoRobust с технологией iCell
В статье описывается технология iCell, разработанная компанией InnoDisk.
Она позволяет обеспечить сохранность данных при случайных сбоях системы электропитания без использования ИБП.
но тем, что в современных твердотельных
накопителях широко используются буферы на базе энергозависимой памяти DRAM.
Применение буферов позволяет существенно увеличить скорость и эффективность
операций ввода/вывода, но при этом возникает возможность потери данных при внезапном отключении питания. Эту проблему
можно решить с помощью источника бесперебойного питания (ИБП), но зачастую
габариты устройства не позволяют его использовать.
Основные составляющие
технологии iCell
Толчком к разработке технологии iCell стала идея: на диске должен быть собственный
«источник бесперебойного питания». С этой
целью на плате диска дополнительно разместили «батарею» конденсаторов большой
емкости и быстродействующий детектор,
следящий за величиной напряжения питания. Кроме того, был доработан код микропрограммного обеспечения контроллера для
обработки аварийной ситуации. Таким образом, на диске был реализован ИБП «в ми-
ниатюре». Все это вместе взятое и есть технология iCell.
Структурная схема диска InnoRobust II
SATA SSD с технологией iCell представлена
на рис. 2.
А теперь более подробно расскажем о том,
как работает технология iCell.
Если напряжение питания диска находится в пределах нормы (равно 5 В), то диск работает в нормальном режиме. При этом все
операции записи/чтения, включая операции
с буферами DRAM, осуществляются в обычном режиме. Одновременно с этим происходит заряд «батареи» конденсаторов.
При напряжении питания ниже нормы детектор напряжения посылает микроконтроллеру управляющий сигнал. Микроконтроллер
переходит в режим обработки аварийной
ситуации. При этом прекращаются все операции обмена с хостом, и вся информация
из DRAM-буферов записывается в энергонезависимую память накопителя (Flash-память).
Энергии, запасенной конденсаторами, хватает
приблизительно на 60 мс работы контроллера
диска, и этого времени более чем достаточно
для того, чтобы сохранить всю информацию,
хранящуюся в буферах.
Рис. 2. Структурная схема InnoRobust II SATA SSD с технологией iCell
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 3 '2013
встраиваемые системы
119
Таблица. Основные характеристики накопителей
с технологией iCell
Характеристики
Объем хранимых данных,
Гбайт
Интерфейс подключения
Тип NAND Flash
Скорость чтения, Мбайт/с
Скорость записи, Мбайт/с
Рабочая температура, °C
Температура хранения, °C
Стойкость к вибрации
Ударостойкость
Потребляемая
мощность, Вт
Время наработки
на отказ, млн ч
FiD 2.5″
II EverGreen
SATA 25000 InnoRobust
Plus 2.5″
SATA SSD SATA
SSD
SSD
8–512
SATA II
SATA II
SATA II
SLC
SLC
MLC
240
200
220
200
170
150
0…+70 (стандартное исполнение);
–40…+85 (промышленное исполнение)
–55…+95
20g (7–2000 Гц)
1500g /0,5 мс
3,5
3,75
2,5
Более 4
Более 4
Более 1
в целом (по сравнению с системами, использующими стандартные SSD).
Рис. 3. Пример управления буферизацией в SSD
Применение технологии iCell
в твердотельных накопителях InnoDisk
На основе технологии iCell построены три
серии твердотельных накопителей с интерфейсом SATA: EverGreen, InnoRobust и SATA 25000.
В дисках EverGreen и InnoRobust используется 10 DRAM-буферов. Диски SATA
25000 содержат 24 буфера. Объем каждого
буфера составляет 128 кбайт. Вся информация, предназначенная для записи на диск,
первоначально записывается в буфер (рис. 3).
Данные организованы по принципу очереди
FIFO (первый пришел — первый ушел).
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 3 '2013
Максимальный объем данных, хранящихся в DRAM-памяти, составляет 1,28 Мбайт
для дисков серий EverGreen и InnoRobust
и 3 Мбайт для серии SATA 25000.
При внезапном отключении напряжения
питания технология iCell позволяет записать
во Flash-память до 6 Мбайт данных в течение
60 мс. Этого более чем достаточно для надежного сохранения данных и нормального завершения работы диска.
Таким образом, применение твердотельных накопителей с технологией iCell позволяет повысить надежность всей системы
SSD с поддержкой технологии iCell
Компания InnoDisk выпускает следующие
серии SSD с поддержкой технологии iCell:
• FiD 2.5″ SATA 25000;
• InnoRobust II SATA SSD;
• EverGreen Plus 2.5″ SATA SSD;
Основные технические характеристики
SSD с технологией iCell приведены в таблице.
Заключение
Применение твердотельных накопителей
с технологией iCell позволяет повысить надежность, уменьшить габариты и стоимость
разрабатываемых устройств. Диски с технологией iCell применяются в устройствах сбора информации, промышленных серверах,
видеорегистраторах и т. п.
n
www.kite.ru
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа