几十年来，远程控制节点的基本架构由控制器、传感器、本地存储器、网络连接接口和电池组成。这种架构广泛应用于实际操作控制的系统中。在工业自动化系统中，控制器以不同的速率监控多个传感器，将带时间戳的传感器数据保存在本地或扩展内存中，然后通过工业标准总线（如ProfiBus）传输数据。在高级驾驶辅助系统(ADAS)或车辆事件记录器(EDR)中，多个MCU可以同时收集和控制汽车电子系统的数据，从而提供高质量的驾驶体验和无故障的数据保护。医疗系统也有类似的应用：通过传感器获取的关键患者数据将存储在本地，或者定期上传集中存储。这些系统都试图解决数据采集、关键数据存储和基于数据分析的相应动作过程中的核心和根本问题。但是，不同系统解决问题的侧重点也不同。工业系统倾向于以非常短的时间间隔从许多不同的传感器收集大量数据，同时在本地和远程维护详细的日志记录。汽车系统的数据生成率低，但数据重要性高。在某些情况下，数据丢失可能会威胁到司机和乘客的生命。大多数汽车的寿命都在十年以上，因此在选择内存时，其寿命和可靠性是非常重要的考虑因素。便携式医疗系统在选择理想的数据存储时，关注功耗性能。由于植入式医疗设备、助听器等设备均采用电池供电，因此更倾向于选择能耗低、数据存储精度高的存储器。具有长期可靠性和低功耗的无故障数据存储往往是系统设计人员在选择存储产品时面临的主要挑战。随着物联网的逐渐兴起，所有的设备都开始通过网络进行互联。据保守估计，到2020年将有100亿台设备接入互联网，包括汽车、工业自动化设备、植入式医疗设备、可穿戴设备、智能家居等新一代产品。下一代5G网络已经开始在一些地区推出，预计将承担上述设备产生的大部分流量。然而，数据科学家和系统设计师仍有几个未解之谜：哪些设备需要连接到云端？需要传播多少信息？本地可以处理多少信息？谁将为云买单？一种解决方案是将所有信息上传到云端并远程处理信息。但这种方案只适用于小型和分散的系统。随着全球互联程度的不断提高，将出现大量甚至冗余的信息上传系统。在这种情况下，我们需要考虑网络和本地存储和处理之间的成本差异。在驾驶过程中，自动驾驶汽车每小时会产生数GB的数据。所以为了预测未来的需求，我们现在必须决定哪些信息需要实时传输，哪些可以存储在本地，以便以后压缩传输。工业和医疗领域的系统设计人员面临同样的问题。在“工业4.0”进程中，“数据全部上传云端”的方式正逐渐向“本地处理、智能上传”的方式转变。因此，如何选择最佳的本地数据存储对于以后的系统开发是极其重要的。为了保存重要数据，这些系统需要高可靠、低能耗、高安全性的内存。一种方法是使用现有的闪存来记录数据。闪存技术具有高效读取的能力，因此被广泛用于引导代码和固件存储。对于现有的系统设备，设计人员无需了解闪存的技术限制即可在执行写入操作时使用闪存来记录数据。闪存单元只有在先前已被擦除的情况下才能存储新数据。对闪存单元进行编程时，它会将逻辑值从“1”更改为“0”。在下次升级时，如果存储单元需要保持逻辑值“1”，则需要擦除数据。为了提高擦除速度和缩短编程时间，闪存制造商设计了各种页面、块和扇区架构。页面是可以一次编程到闪存中的最小数据存储单元。闪存设备具有用于临时数据存储的内部页面大小缓冲区。当来自外部接口的数据传输完成后，设备将立即对主阵列中的擦除页面执行页面编程。如果页面包含旧数据，则必须在程序启动前将其擦除。每次执行擦除时，闪存单元都会退化。这种现象通常被定量记录为闪存中的耐久性指标。最高耐久度的闪存器件一般可以承受100,000次擦除编程循环，达到这个极限后就无法保证存储稳定性。虽然这个数字看似庞大，但也难以满足即使是低端数据记录系统的需求。一些制造商使用字节编程并将编程从缓冲区推送到闪存。虽然这种设计简化了设备内的程序执行，但它并没有使闪存摆脱潜在的耐用性限制。为了抵消上述限制，系统设计人员被迫实施复杂的文件系统以确保闪存单元的磨损均衡。文件系统软件会降低您的系统速度。考虑这样一种情况，设计人员正在考虑使用基于闪存的存储器来记录数据。在工业自动化和资产管理系统中，传感器节点以每秒数次的速度采集数据，定期对各种传感器进行采样，然后将数据包组织起来上传到网络中。通常，数据包中的样本数从16字节到128字节不等。由于断电的风险无法完全避免，为了防止数据丢失，设计人员使用非易失性存储器来存储数据。振动传感器或步进电机位置传感器每隔几毫秒以脉冲形式发送数据，而温度或湿度传感器仅每隔几秒发送一次数据，数据包存储来自许多传感器的数据。下表是数据包容量和采样率的对比分析，以及数据记录时闪存消耗的规律。使用8兆字节闪存的100,000次耐久循环分析在下表中提供了对该数据的清晰解释。我们发现，对于每1毫秒记录8-16字节数据的低端系统，8兆字节的闪存将在5年内耗尽。但是，汽车或工业系统的磨损期应超过10年。如果采用简单增加闪存的低成本高风险方式，则需要复杂的文件系统来管理损耗均衡。如果没有部署文件系统，系统需要在更换整个内存后定期执行芯片擦除周期。在当今的物联网世界中，随着数据收集端点的不断激增，这个问题正在加剧。基于闪存的存储器非常适合存储在产品生命周期内不超过1000次写入周期的引导代码和固件程序。解决此数据记录问题的理想解决方案是使用不会因编程和擦除延迟而造成数据风险的高耐久性和非易失性存储器。F-RAM具有承受高达1014次擦除周期的耐久性，具有瞬时非易失性，不需要编程和擦除操作，实时存储所有进入器件接口的数据。例如，一个4兆字节的F-RAM存储器可以每10微秒处理一个128字节的数据流而不会磨损1,000多年。F-RAM存储单元仅在写入或读取时耗电，待机时仅消耗几微安，使F-RAM成为那些电池供电产品的绝佳解决方案。F-RAM适用于对能量要求较高的助听器和心率采样的高端可穿戴医疗设备。此外，汽车系统中的数据不断进入内存，基于闪存的系统无法在闪存“编程”期间捕获数据。只有基于F-RAM的数据存储才能为该系统提供高可靠性。F-RAM具有近乎无限的耐用性、超低功耗和瞬时非易失性，是互联世界中关键数据存储的理想选择。
