Speicherbausteine

Der richtige Flash-Speicher für M2M-Applikationen

| Autor / Redakteur: Dan Craig, Sridhar Lingam * / Holger Heller

M2M-Hardware-/Softwarestack: M2M-Module sind meist mit Flash zum Speichern von Daten und mit flüchtigem Speicher als Zwischenspeicher ausgestattet
M2M-Hardware-/Softwarestack: M2M-Module sind meist mit Flash zum Speichern von Daten und mit flüchtigem Speicher als Zwischenspeicher ausgestattet (Bild: VBM-Archiv)

M2M-Anwendungen im IoT benötigen Verbindungstechnik, über die Embedded-Applikationen, Prozessoren, Sensoren und andere Peripherie weitestgehend selbständig miteinander kommunizieren.

Eine M2M-Systemlösung beinhaltet die für eine einfache Applikationsentwicklung erforderliche Hardware, gehostete Software und Dienste sowie drahtgebundene und drahtlose Kommunikationsgeräte, -module und -adapter. Darüber hinaus bietet eine M2M-Lösung Management-, Messaging- und Speicherdienste zur Anbindung von entfernten Teilnehmern, Unternehmensanwendungen etc.

In komplexen Umgebungen sind M2M-Module eigenständige Geräte mit spezifischen Schnittstellen (z.B. USB), flüchtigem und nichtflüchtigem Speichern, Applikationen, Betriebssystem und Device-Treibern (siehe Aufmacherbild). Die meisten M2M-Module haben einen Flashspeicher zum Speichern von Daten sowie einen flüchtigen Speicher, z.B. SRAM oder DRAM, als Zwischenspeicher. Die Entwicklungsansätze für M2M-Dienste sind so vielschichtig, das spezielle Hosting-Bausteine für die Kommunikation und den Datenfluss gebraucht werden, um z.B. für einen Point-of-Sale-Terminal (POS) sichere Kommunikationspfade zu bieten.

Flash für Short-Range M2M-Lösungen

Bei komplexen Systemumgebungen steigen die Anforderungen an den Systemspeicher. Die Wahl der Speichertechnologie ist ausschlaggebend für die Optimierung eines Systems hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und Intelligenz – ob es nun darum geht, Daten zu speichern oder die Verarbeitung neuer Datenarten zu ermöglichen. Bei der Auswahl von geeigneten Komponenten fließen verschiedene Faktoren ein, die es alle gleichermaßen zu betrachten gilt: Eine kostengünstigere Lösung adressiert womöglich nicht das Thema Langlebigkeit – dies ist jedoch bei M2M-Produkten mit längerer Lebensdauer unerlässlich.

Bei Short-Range M2M-Lösungen werden Sensoren und Geräte innerhalb derselben Netzwerkinfrastruktur betrieben, z.B. einem Local Area Network (LAN) oder Personal Area Network (PAN). Short-Range-Lösungen beinhalten zahlreiche Wireless-Kommunikationstechnologien, von proprietären bis hin zu standardisierten Technologien wie Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee und Z-Wave. Diese Standards werden ständig weiterentwickelt, um mit den wachsenden Anforderungen an die M2M-Kommuniktion Schritt zu halten und die Interoperabilität mit einem immer breiteren Anwendungsspektrum unterstützen und gewährleisten können.

Im Bereich der Short-Range M2M-Lösungen mit Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, Z-Wave etc. kommen vorranging Embedded-Speicher zum Einsatz. Sie sind platzsparend und ermöglichen schnellere Bootzeiten sowie optimiertes Execute-in-Place (XiP). Doch bergen sie auch Nachteile, die es bei der Systementwicklung zu berücksichtigen gilt.

Der größte Nachteil von Embedded-Speichern ist deren geringere Bitdichte und somit das Risiko, dass für die aktuellste Softwareversion nicht mehr genügend Bits zur Verfügung stehen. Es ist also ratsam, externen Speicher mit einzuplanen, z.B. 128 Mb serieller NOR- oder 1-2 Gb NAND-Flashspeicher. Damit gewährleistet ist, dass ausreichend Speicherdichte vorhanden ist, um im Falle einer Netzunterbrechung den Programmcode oder ein Image der vorherigen Version abzulegen.

Zudem ermöglichen Embedded-Speicher nur eine begrenzte Anzahl an Schreibzyklen und eignen sich u.U. nicht zur Parameterspeicherung, besonders bei Anwendungen, in denen Systemparameter mehrmals über die Lebensdauer aktualisiert werden müssen. Diese Einschränkung lässt sich zwar mithilfe von Cache-Speicher umgehen, doch dies bedeutet zusätzliche Systemkosten. Zu guter Letzt ist auch die höhere Leistungsaufnahme bei Flash-Updates im Hinblick auf die Gesamtsystemeffizienz während der Lösch- und Schreibzyklen zu betrachten.

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Long-Range M2M-Lösungen erfordern eine permanente Netzwerkanbindung für die Sensoren und Geräte in großen Infrastrukturen über mehrere Netzgrenzen hinweg. Diese Lösungen basieren größtenteils auf Mobilfunktechnologie.

Flash für Long-Range M2M-Lösungen

M2M-Mobilfunkmodule sind als 2G- und 3G/4G-Variante erhältlich. 3G-Netzwerke basieren auf dem HSDPA-Standard (High-Speed Downlink Packet Access). Dieser ist mit den gängigen Mikroprozessor-Architekturen kompatibel und ermöglicht leistungsstarke Echtzeit-Multimedia- und Browse-Funktionalität. Im Gegensatz zu den langsameren 2G-Netzwerken werden sich 3G-Netzwerke weiterhin internationaler Beliebtheit erfreuen und Teilnehmer hinzugewinnen.

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