Speicherschutz und Zugriffskontrolle
Der universelle Speicher ermöglicht zudem einen fließenden Übergang zwischen Programm und Daten. Die Austauschbarkeit von Daten und Programmspeichern erfordert, Zugriffe auf bestimmte Speicherbereiche abzusichern und zu validieren. Zugriffskontrollen sowie Grenz- und Bereichsprüfungen sind bekannte Vorgehensweisen im Embedded-Firmware-Design. Tatsächlich ist dieser Prozess recht unkompliziert, wenn es um die Entwicklung einer einzigen statischen Firmware geht. Schwieriger gestaltet sich das Befolgen dieser Regeln und Vorgaben jedoch, wenn sich der Speicherbedarf beim Wechsel von einer Firmware-Version zur nächsten dynamisch ändern kann. Dies gilt speziell dann, wenn auf drahtlosem Weg Updates erfolgen, die viele Aspekte einer Applikation grundlegend verändern. Doch FRAM-MCUs sind üblicherweise mit Speicherschutz und Zugriffskontrolle ausgestattet, mit denen sich diese Regeln und Vorgaben organisieren und durchsetzen lassen. Für Firmware-Entwickler ist es wichtig und empfehlenswert diese Features in vollem Umfang zu nutzen, um die Robustheit und Zuverlässigkeit ihrer Applikationen sicher zu stellen.
Daten sammeln, Taktverhältnis reduzieren
Für höhere Energieeffizienz bietet sich an den größten Energieverbraucher eines drahtlosen Systems – die drahtlose Übertragungsfunktion – genauer zu betrachten. Hier hat die Methode des Data-Loggings entscheidenden Einfluss. So lässt sich die Stromaufnahme senken, reduzieren Entwickler das Tastverhältnis der Funkeinheit. Zudem muss diese nicht ständig aktiv sein. Dies umfasst das Einschalten des Funk-Cores, das Hochfahren der Stromversorgung und das Kalibrieren von Oszillator und Frequenzgenerator, während des Wechsels zwischen Funk-Betriebsarten. Es bietet sich also an, möglichst viele Daten aufzuzeichnen bevor eine neue Übertragung erfolgt. Hierbei bildet die Größe des im Mikrocontroller verfügbaren Speichers eine natürliche Grenze. Der MCU-Baustein sollte daher mit möglichst viel Flash-Speicher ausgestattet werden. Es gilt jedoch, höhere Stromaufnahme und die extrem langsamen Schreibzugriffe der Flash-Speicher zu berücksichtigen. RAM wäre demgegenüber schneller, sparsamer und in einigen MCU-Plattformen auch in größerem Umfang verfügbar, jedoch sehr teuer. Aufgrund ihrer Flüchtigkeit eignet sich die RAM-Technik außerdem nicht für Systeme, deren Stromversorgung nicht durchgehend verfügbar ist, z.B. in Energy-Harvesting-Anwendungen. Embedded-FRAM erschließt auch hier eine neue Flexibilitätsdimension, was die Organisation des Datenspeichers angeht: Data-Logging-Prozeduren lassen sich adaptiver gestalten und die Puffergröße individuell anpassen.
Geringer Spitzenstrom für Energy Harvesting
Schnelle und reduzierte Schreibzugriffe ergeben eine geringe Stromaufnahme und sorgen ferner dafür, dass diese Stromaufnahme immer nur für kurze Zeit anfällt. Beide Aspekte lassen das Energieprofil des Data-Loggings schrumpfen, sodass die für ein Datenaufzeichnungsereignis benötigte Energiemenge geringer wird. Darüber hinaus gilt die maximale Stromaufnahme als wichtiges Kriterium für Energy-Harvesting-Applikationen, in denen der verwendete Energiespeicher die Spitzenstromstärke festlegt. Während ein Flash-Schreibzugriff eine Ladungspumpe erfordert und hohe Spitzenströme verursacht, sorgen die Schreibzugriffe von FRAM-Speichern dafür, dass die Spitzenstromstärken nur für die Dauer des Funkbetriebs auftreten. Die strikten Stromversorgungsanforderungen in Energy-Harvesting-Systemen werden hierdurch weiter gelockert. Für Datensicherheit sorgen hierbei Zero-Power-Write-Eigenschaften. Sie stellen auch bei einem Stromausfall genügend Energie zur Verfügung, um einen gerade laufenden Schreibzugriff auf das FRAM zu Ende zu führen.
