嵌入式系統設計人員歷來為需要在惡劣的高沖擊和振動條件下運行的應用提供有限的內存產品。這是因為內存技術及其相關的標準雙列直插內存模塊 （DIMM） 和小外形 DIMM （SODIMM） 外形尺寸的進步在很大程度上受到 PC、電信和服務器市場需求的推動。為這些市場應用設計的內存模塊通常不符合關鍵的嵌入式應用規范，這些規范必須允許空間受限的布局，同時還提供高可靠性和性能，并在惡劣或惡劣的環境中長期運行。在嵌入式市場中，內存產品必須支持較長的產品生命周期并且具有成本效益。

一些內存模塊供應商專注于嵌入式市場的需求，并繼續開發內存技術進步。內存供應商通過各種標準組聯合起來，在商用內存模塊中取得這些進步，使嵌入式系統設計人員能夠使用各種容量的堅固設備。這種標準化還帶來了來自多個供應商的一致可用性的額外好處，這有助于 OEM 加快產品上市時間，同時降低整體系統成本和項目風險。

在堅固的內存技術方面取得長足進步

內存技術創新為嵌入式系統 OEM 提供了多種堅固耐用的選項，包括小尺寸模塊設計、糾錯碼 （ECC）、散熱、擴展溫度操作以及添加熱傳感器來監控模塊溫度。

嵌入式系統 OEM 將雙倍數據速率類型三 （DDR3） SODIMM 內存模塊視為堅固嵌入式系統設計的支柱。增加 DDR3 SODIMM 的耐用性的是新的低功耗、低功耗 DDR3L 內存模塊，它解決了一個關鍵的嵌入式系統設計挑戰。JEDEC 規定，運行內存超過 +85 °C 的系統必須將 DDR3 自刷新率提高一倍。DDR3L 內存模塊通過選擇最低總電流、采用熱釋放覆銅方法 PCB 設計、減少芯片數量和利用 1.35 V DDR3 動態隨機存取存儲器 （DRAM） 來解決雙刷新率要求。與當前的 DDR3 設計相比，DDR3L 內存每個模塊最多可節省 +10 °C，并消除了雙刷新率要求。基于供應商的測試表明，根據所使用的組件，

表 1： Virtium 內部測試數據顯示，根據所采用的組件，OEM 可以使用 8 GB ECC 內存模塊實現高達 50% 的功耗降低。

Blade VLP 是高度為 18.75 mm 的 JEDEC 標準 VLP 的低剖面 （17.78 mm） 替代品。將 DDR3 VLP 內存模塊的高度降低到 17.78 毫米，解決了許多電信和網絡應用中存在的空間受限限制，在這些應用中很難容納行業標準 DIMM 或 Mini DIMM 插槽所需的內存加上一個標準的 VLP。這種方法使設計人員能夠降低使用多個內存模塊的系統以及必須在 +85 °C 以上運行的系統的總功耗，這是各種基于 AdvancedTCA 的電信和以太網刀片交換機網絡應用的典型設計挑戰。

電信和網絡刀片系統的設計人員通常面臨系統高度的嚴格限制。此外，這些系統需要在內存模塊頂部留出空間，以使氣流能夠進行有效的熱管理。采用降低高度的 DDR3L VLP 內存模塊有助于改善氣流并提供薄型，使 OEM 能夠提供更高可靠性的產品，從而降低總擁有成本。特定的 DDR3L VLP 模塊還提供單次刷新率，這對于最大限度地提高高溫系統的性能至關重要。

多種方法有助于加固

為了幫助 OEM 滿足對振動、溫度或其他惡劣環境條件的極端要求，內存供應商提供了制造進步，例如側面固定夾以加固 DDR3 SODIMM 模塊。這些普遍適用的夾子可以很容易地在各種應用中實現。在最近的過去，設計人員通常僅限于使用較弱的商業級固定夾來固定內存模塊。在某些情況下，這些保持器可能會突然打開并導致系統級故障。其他涉及安裝孔的替代方案需要對主板進行重大修改，經常導致基于 COTS 的非標準設計無法充分解決該問題。

此外，OEM 可以利用底部填充選項，為標準 FR-4 PCB 上填充的組件提供更高的抗沖擊性。保形涂層是另一種符合 MIL-I-46058C 標準的選擇，可提供增強的保護，防止環境退化。

除了機械改進之外，OEM 還可以進行許多電氣升級，包括擴展溫度篩選和老化以及添加熱傳感器來監控模塊溫度。設計人員通常可以從內存模塊的三個溫度選項中進行選擇：

工業溫度： -40 °C 至 +95 °C

擴展溫度： -25 °C 至 +95 °C

標準溫度： 0 °C 至 +95 °C

測試對于確保模塊符合溫度規范至關重要。因此，重要的是定義一組標準的溫度測試參數，并且內存供應商與 OEM 合作，根據特定設備和測試時間需求調整測試方法。嵌入式系統經常執行關鍵任務操作，因此在建立測試定義并完成驗證后，建議根據定義的計劃對內存模塊進行 100% 測試。

確保擴展溫度操作的最佳測試方法是通過使用客戶主板或在具有相同芯片組和設置的經批準的主板上進行生產測試來完成的。這些測試也可以使用專門開發的烤箱進行，該烤箱與大多數嵌入式主板外形尺寸相匹配，從而能夠在整個系統性能下進行溫度測試。

系統測試對于捕獲使用標準測試系統無法發現的 ECC 錯誤等缺陷至關重要。需要注意的是，根據應用或系統規格，系統級測試也可能是必要的+85 °C 環境溫度。

對內存模塊中 DRAM 故障模式的分析已確定，具有次優可靠性的 DRAM 組件在使用的前三個月往往會發生故障。隨著較新的 DRAM 向更小的工藝幾何尺寸發展，包含弱位（單個單元中的微觀缺陷）的芯片可能存在更大的風險。這不足以直接導致 DRAM 故障，但可能會在初始現場操作開始后的幾周內出現單位錯誤。

使用老化期間測試 （TDBI） 有助于消除任何潛在的早期故障并提高內存產品的整體可靠性。盡管大多數 DRAM 芯片都在芯片級進行靜態老化，但 TDBI 提供了更全面的測試方法，在模塊級實現 24 小時老化測試，同時在模塊在壓力下執行時動態運行和檢查測試模式條件。多家內存制造商進行的研究表明，使用 TDBI 腔室可以將早期故障減少多達 90%。

新標準和外形尺寸

多個行業組織，例如 JEDEC 和小尺寸特別興趣小組 （SFF-SIG） 積極參與了當今嵌入式系統的存儲設備標準化工作。標準化帶來了來自多個供應商的一致可用性的額外好處，這有助于 OEM 加快上市時間，同時降低整體系統成本和項目風險。

ECC 已成為嵌入式系統的中流砥柱。然而，JEDEC 成員在開發 SODIMM 外形規格的 DDR2 規范時最初并沒有意識到需要適應 ECC，因為當時大多數筆記本電腦芯片組不支持 ECC。看到嵌入式系統中可以在更快的 DDR2 內存模塊上實現 ECC 的需求，Virtium 贊助了 JEDEC 中的 ECC SODIMM 規范，該規范現已擴展到 DDR3 和 DDR4 模塊。

SFF-SIG 的 XR-DIMM 規范是為滿足嵌入式系統在過度沖擊和振動條件下可靠運行而定義的存儲設備的另一個示例。這些系統的設計者需要一個小尺寸、極其堅固的 DDR3 模塊。該標準使設計人員擺脫了以前商業級產品的限制，這些產品需要焊接、綁帶、膠水或系緊來固定模塊。

Virtium、Swissbit 和 LiPPERT 嵌入式計算機之間通過 SFF-SIG 合作產生了一個具有與 DDR3 標準 DIMM 非常相似的引腳定義的模塊。針腳定義利用高性能 240 針 SMT 連接器系統，該系統使用帶有螺釘附件的支座將 XR-DIMM 內存模塊牢固地固定在主板上。此外，該引腳定義包括一個 SATA 接口，以支持開發包含 DDR3 和 NAND 閃存的雙功能模塊，用于從單個插槽實現組合內存和固態驅動器存儲。SATA 和 DDR3 組合模塊的未來標準正在規劃中。

滿足苛刻的內存要求

盡管對加固型嵌入式設備的需求不斷增加，但內存模塊供應商繼續進行技術進步和相關的制造改進，以滿足 OEM 的需求。DDR3 SODIMM、DDR3L 和小尺寸 DDR3L 都是有助于滿足嚴苛內存要求的新技術示例。這些進步解決了許多設計挑戰，包括低功耗、增強的散熱和擴展的溫度容差，同時提供當今復雜嵌入式系統所需的性能。

XR-DIMM 和 ECC SODIMM 的標準也促進了耐用型內存產品的現成供應。此外，設計人員可以使用底部填充側固定夾和保形涂層制造選項以及先進的測試方法，以幫助確保穩健的設計。

在堅固的嵌入式系統設計中保持最高可靠性和可用性的挑戰將繼續存在，但內存模塊的進步將與這些要求保持同步，幫助 OEM 保持持續的競爭力和未來的創新。

審核編輯：郭婷