jianshaotingjishijiandenenglishiguanligongyesheshidezhongyaoyinsu。muqian，yucetingjishijiannandujiaodaqiechengbenfeichanganggui。biru，putongqichezhizaochangdetingjishijiankenenggaodameifenzhong22,000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
、可(ke)靠(kao)地(di)記(ji)錄(lu)數(shu)據(ju)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)
，尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)時(shi)
，這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)這(zhe)些(xie)數(shu)據(ju)通(tong)常(chang)是(shi)關(guan)鍵(jian)信(xin)息(xi)。此(ci)外(wai)，需(xu)要(yao)記(ji)錄(lu)的(de)數(shu)據(ju)量(liang)預(yu)計(ji)將(jiang)會(hui)繼(ji)續(xu)增(zeng)加(jia)。我(wo)們(men)不(bu)但(dan)需(xu)要(yao)在(zai)傳(chuan)統(tong)工(gong)業(ye)係(xi)統(tong)上(shang)進(jin)行(xing)連(lian)續(xu)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)，還(hai)需(xu)要(yao)在(zai)數(shu)千(qian)個(ge)連(lian)接(jie)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)上(shang)進(jin)行(xing)連(lian)續(xu)的(de)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)，這(zhe)些(xie)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)將(jiang)遍(bian)布(bu)於(yu)未(wei)來(lai)智(zhi)能(neng)工(gong)廠(chang)的(de)各(ge)個(ge)角(jiao)落(luo)。

 

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PLC中(zhong)
，由(you)非(fei)易(yi)失(shi)性(xing)數(shu)據(ju)記(ji)錄(lu)存(cun)儲(chu)器(qi)捕(bu)捉(zhuo)的(de)實(shi)時(shi)係(xi)統(tong)數(shu)據(ju)被(bei)用(yong)於(yu)檢(jian)測(ce)和(he)修(xiu)複(fu)故(gu)障(zhang)並(bing)且(qie)防(fang)止(zhi)未(wei)來(lai)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)。此(ci)外(wai)
，非(fei)易(yi)失(shi)性(xing)數(shu)據(ju)記(ji)錄(lu)存(cun)儲(chu)器(qi)捕(bu)捉(zhuo)斷(duan)電(dian)前(qian)的(de)最(zui)後(hou)係(xi)統(tong)狀(zhuang)態(tai)。該(gai)數(shu)據(ju)對(dui)於(yu)確(que)保(bao)PLChesuoyoulianjiedejiqizaihuifugongdianshiyianquandecaozuomoshizhongxinqidongzhiguanzhongyao。ruguobujubeizheyinengli

，qitajiqihezhoubianhuanjingzhongderenyuandouhuimianlinqianzaifengxian。

 

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deExcelon-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。

 

無(wu)線(xian)物(wu)聯(lian)網(wang)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)帶(dai)來(lai)了(le)與(yu)工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)不(bu)同(tong)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)的(de)外(wai)形(xing)尺(chi)寸(cun)很(hen)小(xiao)。此(ci)外(wai)，它(ta)們(men)通(tong)常(chang)遍(bian)布(bu)於(yu)智(zhi)能(neng)工(gong)廠(chang)的(de)各(ge)處(chu)
，包(bao)括(kuo)偏(pian)遠(yuan)或(huo)難(nan)以(yi)進(jin)入(ru)的(de)位(wei)置(zhi)。因(yin)此(ci)，它(ta)們(men)通(tong)常(chang)由(you)電(dian)池(chi)或(huo)者(zhe)通(tong)過(guo)能(neng)量(liang)采(cai)集(ji)供(gong)電(dian)。

 

yinci，chuanganqijiedianxuyaowaixingchicunhenxiaodefeiyishixingcunchuqilailianxujilushishixitongshuju。tamenbixunenggouzaichuanganqijiediandezhenggeshengmingzhouqineikekaodiwanchengzheyirenwu
，bingqiejinkenengjiangdigonghao。liru，saipulasideExcelon-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IoTchuanganqijiediandechicun
，keyishiyongfeiyishixingcunchuqilaishixiandaimacunchuheshujujiludedanxinpianfangfa。zaichuanganqijiedianzhong
，yucunchushujusuoxudeneicunliangxiangbi
，celiangheshoujishujusuoxudedaimadaxiaotongchangjiaoxiao。yinci，juyoudandudedaimacunchuqikenenghuidaozhicunchuqishiyonglvbuzu
，erdanxinpianfangfahuigengyouxiao。

 

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
，PZT晶jing體ti中zhong的de中zhong心xin原yuan子zi改gai變bian位wei置zhi。中zhong心xin原yuan子zi的de兩liang個ge位wei置zhi作zuo為wei存cun儲chu器qi的de二er進jin製zhi狀zhuang態tai存cun儲chu一yi個ge數shu位wei。當dang電dian源yuan中zhong斷duan時shi
，原yuan子zi位wei置zhi被bei保bao留liu，從cong而er保bao護hu數shu據ju。其qi數shu據ju可ke靠kao性xing也ye很hen高gao，無wu需xu任ren何he備bei用yong電dian源yuan就jiu能neng安an全quan保bao存cun數shu據ju100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。