減(jian)少(shao)停(ting)機(ji)時(shi)間(jian)的(de)能(neng)力(li)是(shi)管(guan)理(li)工(gong)業(ye)設(she)施(shi)的(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)。目(mu)前(qian)，預(yu)測(ce)停(ting)機(ji)時(shi)間(jian)難(nan)度(du)較(jiao)大(da)且(qie)成(cheng)本(ben)非(fei)常(chang)昂(ang)貴(gui)。比(bi)如(ru)，普(pu)通(tong)汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)廠(chang)的(de)停(ting)機(ji)時(shi)間(jian)可(ke)能(neng)高(gao)達(da)每(mei)分(fen)鍾(zhong)22,000美元或每小時130萬美元（來源：先進技術服務，2006年：“汽車行業停機成本：每分鍾22000：調查。”）。

 

隨著工業4.0dechuxian，gongchangdezhinenghuahehulianxingzhengzairiyitigao。zhinenggongchangzhongdejixieshebeijiunenggoucaiyongsuolianjiedewuxianchuanganqijiediandeshishishuju

，tiqianyucekenengfashengdeguzhang
，bingtongzhikongzhixitongcaiqujiuzhengcuoshi，yibimianyiwaidexitongtingji。leijideshujukeyiyongyugaijinyucefenxi，bingshixiangenghaodejiqiyufangxingweihu。這些進步旨在提高工廠的運營效率，並縮短整體停機時間。

 

工業4.0的基礎 —— 可操作數據實現了從實時傳感到預測分析等各種功能。因此
，持續、kekaodijilushujuzhiguanzhongyao，youqishizaifashengguzhangshi，zheshiyinweizhexieshujutongchangshiguanjianxinxi。ciwai，xuyaojiludeshujuliangyujijianghuijixuzengjia。womenbudanxuyaozaichuantonggongyexitongshangjinxinglianxushujucaiji，haixuyaozaishuqiangelianjiedechuanganqijiedianshangjinxinglianxudeshujucaiji，zhexiechuanganqijiedianjiangbianbuyuweilaizhinenggongchangdegegejiaoluo。

 

為了克服這些挑戰，下一代工業係統需要高性能非易失性存儲器確保“數據零風險”和正常運行與係統故障期間的可靠數據備份。為了保證這一數據記錄的可靠性
，工業4.0非易失性存儲器需要支持快速寫入、實時非易失性以及接近100萬億次循環、近乎無限的讀/寫持久性。

 

 

工業控製係統包括自動化、能源管理、過guo程cheng測ce量liang和he測ce試shi測ce量liang等deng各ge個ge環huan節jie，這zhe些xie環huan節jie都dou需xu要yao高gao性xing能neng非fei易yi失shi性xing數shu據ju記ji錄lu存cun儲chu器qi。在zai所suo有you這zhe些xie細xi分fen市shi場chang中zhong
，非fei易yi失shi性xing存cun儲chu器qi被bei用yong於yu連lian續xu記ji錄lu實shi時shi係xi統tong數shu據ju。它ta們men還hai必bi須xu能neng夠gou在zai斷duan電dian或huo係xi統tong故gu障zhang的de情qing況kuang下xia即ji時shi捕bu捉zhuo實shi時shi係xi統tong狀zhuang態tai數shu據ju。工gong業ye控kong製zhi係xi統tong和he無wu線xian傳chuan感gan器qi節jie點dian的de非fei易yi失shi性xing數shu據ju記ji錄lu存cun儲chu器qi需xu要yao滿man足zu不bu同tong的de需xu求qiu。我wo們men將jiang通tong過guo可ke編bian程cheng邏luo輯ji控kong製zhi器qi和he物wu聯lian網wang傳chuan感gan器qi節jie點dian這zhe兩liang個ge例li子zi探tan討tao工gong業ye控kong製zhi係xi統tong和he無wu線xian傳chuan感gan器qi節jie點dian的de挑tiao戰zhan和he獨du特te需xu求qiu。

 

圖1：可編程邏輯控製器（PLC）模塊圖

 

用於工業自動化的可編程邏輯控製器（PLC）在工業控製係統中十分常見。在PLCzhong，youfeiyishixingshujujilucunchuqibuzhuodeshishixitongshujubeiyongyujiancehexiufuguzhangbingqiefangzhiweilaifashengguzhang。ciwai，feiyishixingshujujilucunchuqibuzhuoduandianqiandezuihouxitongzhuangtai。gaishujuduiyuquebaoPLC和(he)所(suo)有(you)連(lian)接(jie)的(de)機(ji)器(qi)在(zai)恢(hui)複(fu)供(gong)電(dian)時(shi)以(yi)安(an)全(quan)的(de)操(cao)作(zuo)模(mo)式(shi)重(zhong)新(xin)啟(qi)動(dong)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。如(ru)果(guo)不(bu)具(ju)備(bei)這(zhe)一(yi)能(neng)力(li)

，其(qi)他(ta)機(ji)器(qi)和(he)周(zhou)邊(bian)環(huan)境(jing)中(zhong)的(de)人(ren)員(yuan)都(dou)會(hui)麵(mian)臨(lin)潛(qian)在(zai)風(feng)險(xian)。

 

在PLC等(deng)下(xia)一(yi)代(dai)工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)中(zhong)，需(xu)要(yao)減(jian)少(shao)用(yong)於(yu)與(yu)外(wai)部(bu)存(cun)儲(chu)器(qi)連(lian)接(jie)的(de)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)引(yin)腳(jiao)數(shu)量(liang)。這(zhe)一(yi)需(xu)求(qiu)推(tui)動(dong)了(le)從(cong)並(bing)行(xing)到(dao)低(di)引(yin)腳(jiao)數(shu)串(chuan)行(xing)接(jie)口(kou)存(cun)儲(chu)器(qi)的(de)轉(zhuan)換(huan)。這(zhe)就(jiu)是(shi)為(wei)什(shen)麼(me)存(cun)儲(chu)器(qi)製(zhi)造(zao)商(shang)要(yao)為(wei)工(gong)業(ye)應(ying)用(yong)開(kai)發(fa)低(di)引(yin)腳(jiao)數(shu)存(cun)儲(chu)器(qi)。例(li)如(ru)，賽(sai)普(pu)拉(la)斯(si)的(de)Excelon-Ultra專用於工業控製係統並提供低引腳數108-MHz QSPI接口。

 

由於去除電池而帶來的高可靠性
，非易失性存儲器優於工業控製係統一般使用的電池備份SRAM。此外
，非易失性存儲器通過用單個芯片取代多組件子係統（SRAM +電池+電源管理控製器）降低物料成本並且避免產生與更換電池所需的相關成本的維護。

 

圖2：物聯網傳感器節點模塊圖

 

無wu線xian物wu聯lian網wang傳chuan感gan器qi節jie點dian相xiang當dang於yu智zhi能neng工gong廠chang的de眼yan睛jing和he耳er朵duo。如ru上shang文wen所suo述shu，傳chuan感gan器qi節jie點dian可ke以yi連lian續xu監jian測ce係xi統tong和he環huan境jing參can數shu，然ran後hou通tong知zhi連lian接jie的de機ji器qi或huo控kong製zhi係xi統tong在zai需xu要yao時shi采cai取qu糾jiu正zheng措cuo施shi。

 

wuxianwulianwangchuanganqijiediandailaileyugongyekongzhixitongbutongdetiaozhan。chuanganqijiediandewaixingchicunhenxiao。ciwai，tamentongchangbianbuyuzhinenggongchangdegechu，baokuopianyuanhuonanyijinrudeweizhi。yinci
，tamentongchangyoudianchihuozhetongguonengliangcaijigongdian。

 

因yin此ci，傳chuan感gan器qi節jie點dian需xu要yao外wai形xing尺chi寸cun很hen小xiao的de非fei易yi失shi性xing存cun儲chu器qi來lai連lian續xu記ji錄lu實shi時shi係xi統tong數shu據ju。它ta們men必bi須xu能neng夠gou在zai傳chuan感gan器qi節jie點dian的de整zheng個ge生sheng命ming周zhou期qi內nei可ke靠kao地di完wan成cheng這zhe一yi任ren務wu

，並bing且qie盡jin可ke能neng降jiang低di功gong耗hao。例li如ru
，賽sai普pu拉la斯si的deExcelon-LP采用約10平方毫米GQFN小型封裝，提供多種省電模式
，包括休眠
、深度節點和待機，使開發人員可以最大限度地延長電池使用時間。

 

為了進一步減小無線IoT傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)的(de)尺(chi)寸(cun)，可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)非(fei)易(yi)失(shi)性(xing)存(cun)儲(chu)器(qi)來(lai)實(shi)現(xian)代(dai)碼(ma)存(cun)儲(chu)和(he)數(shu)據(ju)記(ji)錄(lu)的(de)單(dan)芯(xin)片(pian)方(fang)法(fa)。在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)中(zhong)，與(yu)存(cun)儲(chu)數(shu)據(ju)所(suo)需(xu)的(de)內(nei)存(cun)量(liang)相(xiang)比(bi)
，測(ce)量(liang)和(he)收(shou)集(ji)數(shu)據(ju)所(suo)需(xu)的(de)代(dai)碼(ma)大(da)小(xiao)通(tong)常(chang)較(jiao)小(xiao)。因(yin)此(ci)
，具(ju)有(you)單(dan)獨(du)的(de)代(dai)碼(ma)存(cun)儲(chu)器(qi)可(ke)能(neng)會(hui)導(dao)致(zhi)存(cun)儲(chu)器(qi)使(shi)用(yong)率(lv)不(bu)足(zu)，而(er)單(dan)芯(xin)片(pian)方(fang)法(fa)會(hui)更(geng)有(you)效(xiao)。

 

關guan鍵jian的de難nan點dian在zai於yu，足zu夠gou靈ling活huo的de非fei易yi失shi性xing數shu據ju記ji錄lu存cun儲chu器qi以yi根gen據ju應ying用yong需xu求qiu對dui代dai碼ma和he數shu據ju的de存cun儲chu進jin行xing分fen區qu。用yong於yu存cun儲chu代dai碼ma的de存cun儲chu器qi必bi須xu確que保bao係xi統tong不bu會hui意yi外wai寫xie入ru用yong於yu執zhi行xing代dai碼ma的de存cun儲chu區qu域yu。因yin此ci，為wei了le滿man足zu單dan芯xin片pian工gong藝yi的de要yao求qiu，非fei易yi失shi性xing數shu據ju記ji錄lu存cun儲chu器qi需xu要yao具ju備bei存cun儲chu器qi保bao護hu功gong能neng。例li如ru，塊kuai保bao護hu防fang止zhi意yi外wai寫xie入ru開kai發fa人ren員yuan定ding義yi的de一yi係xi列lie地di址zhi。這zhe使shi一yi個ge存cun儲chu器qi在zai存cun儲chu和he保bao護hu代dai碼ma的de同tong時shi支zhi持chi實shi時shi數shu據ju記ji錄lu。

 

 

非易失性數據記錄存儲器的關鍵是鐵電技術。鐵電技術將RAM的高性能和字節尋址能力與非易失性數據存儲相結合。用於非易失性存儲器的鐵電技術帶有使用鋯鈦酸鉛（PZT）薄膜的存儲單元。當施加電場時
，PZTjingtizhongdezhongxinyuanzigaibianweizhi。zhongxinyuanzidelianggeweizhizuoweicunchuqideerjinzhizhuangtaicunchuyigeshuwei。dangdianyuanzhongduanshi，yuanziweizhibeibaoliu，congerbaohushuju。qishujukekaoxingyehengao，wuxurenhebeiyongdianyuanjiunenganquanbaocunshuju100年之久。

 

非易失性數據記錄存儲器非常高效。其能耗比串行EEPROM低200倍，比NOR閃存低3000倍。這項技術還提供高數據可靠性，讀/寫耐久性達100萬億次（1014）。相比之下，閃存和EEPROM等浮柵技術最短在106個周期內就會損壞，因此它們不適合頻繁的係統數據捕捉。

 

非易失性數據記錄存儲器還可確保工業係統“數據零風險”運行。即時存儲數據能力可在係統斷電時保護係統不丟失數據。EEPROM等技術通常具有5-10毫秒的頁麵寫入延遲，從而使重要的最後時刻係統數據產生風險。