【技术指南】提升嵌入式数据可靠性，从元器件选型开始！

数据可靠性是嵌入式产品开发中的关键问题，涉及多个层面的设计和选型。从本期开始，我们将通过一系列内容深入探讨嵌入式数据存储的可靠性问题。

 

 前言

 

数据可靠性是嵌入式产品不可回避的问题，许多工程师为此绞尽脑汁，但仍难以找到完美的解决方案。解决数据可靠性是一个系统性工程，涉及元器件选型、硬件设计、系统设计和应用设计等多个方面，任何一个单一的方面都无法彻底解决问题。本期我们先来聊聊元器件选型。
 元器件选型：存储介质的选择

 

在元器件选型阶段，存储介质的选择至关重要。对于大容量存储，通常会选择NAND Flash和eMMC，而小容量的EEPROM、NOR Flash以及超大容量的硬盘则不在本次讨论范围内。1. eMMC与NAND Flash的对比NAND Flash和eMMC都是常用的存储介质，但它们在性能、成本和可靠性方面存在显著差异。eMMC自带控制器，能够实现数据写平衡，这对数据可靠性是有帮助的。如果处理器性能和成本允许，建议优先选择eMMC作为数据存储介质。如果由于处理器性能或成本限制，需要选择NAND Flash，则需要进行更多的区分和考量。目前，NAND Flash根据工艺和存储密度可分为SLC、MLC、TLC和QLC四种类型：

图1 SLC、MLC、TLC、QLC的详细特性

• SLC（单层单元）：每个存储单元存储1位数据，擦写次数可达10万次，读写速度较快，成本较高。SLC NAND Flash因其高可靠性和长寿命，常用于对数据可靠性要求极高的应用。
• MLC（多层单元）：每个存储单元存储2位数据，擦写次数通常为1万次，读写速度稍慢，成本适中。MLC NAND Flash在性能和成本之间取得了较好的平衡，适用于大多数嵌入式应用。
• TLC（三层单元）：每个存储单元存储3位数据，擦写次数约为3000次，读写速度较慢，成本较低。TLC NAND Flash在容量和成本上具有优势，但可靠性相对较低，适用于对数据可靠性要求不高的应用。
• QLC（四层单元）：每个存储单元存储4位数据，擦写次数仅为1000次，读写速度最慢，成本最低。QLC NAND Flash虽然容量大且成本低，但擦写次数少，可靠性较低，建议谨慎使用。

为了提高数据可靠性，在满足容量需求的前提下，建议优先选择SLC和MLC，谨慎选择TLC，尽量避免选择QLC。ZLG致远电子深耕嵌入式领域二十余年，核心板、工控板和工控主机都严格遵循这一选型原则，为用户提供可靠的数据存储硬件基础。

图2 ZLG致远电子边缘技术产品
 未来趋势与技术展望

 

随着技术的不断进步，一些新兴的存储技术逐渐进入市场，有望在未来取代传统的NAND Flash和eMMC。例如：

• 3D XPoint：由英特尔和美光联合开发的3D XPoint存储技术，具有极高的读写速度和耐用性，擦写次数可达数十万次，适合高性能计算和数据中心应用。
• MRAM（磁阻随机存取存储器）：MRAM结合了RAM的高速读写能力和Flash的非易失性，具有无限的擦写次数和极低的功耗，适用于嵌入式系统和物联网设备。
• ReRAM（阻变存储器）：ReRAM通过改变材料的电阻状态来存储数据，具有高密度、低功耗和快速读写的特点，适合高容量存储应用。

数据可靠性是嵌入式产品开发中的一个重要课题。从元器件选型到系统设计，每一个环节都至关重要。ZLG致远电子始终致力于为用户提供高质量、高可靠性的硬件解决方案。如果您对嵌入式数据可靠性有其他建议和想法，欢迎在评论区留言讨论。