嵌入式系統設計人員歷來擁有有限的存儲器產品，適用于需要在惡劣的高沖擊和振動條件下運行的應用。這是因為內存技術的進步及其相關的標準雙列直插式內存模塊（DIMM）和小輪廓DIMM（SODIMM）外形尺寸在很大程度上是由PC，電信和服務器市場需求推動的。為這些市場應用設計的存儲器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，同時還要提供高可靠性和高性能，并在惡劣或惡劣的環境中長期運行。在嵌入式市場中，存儲器產品必須支持較長的產品生命周期，并且還具有成本效益。

一些內存模塊供應商專注于嵌入式市場的需求，并繼續發展內存技術進步。存儲器供應商通過各種標準組走到一起，在商用存儲器模塊方面取得這些進步，使嵌入式系統設計人員能夠訪問各種容量的堅固型設備。這種標準化還帶來了多個供應商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。

在堅固耐用的內存技術方面取得長足進步

存儲器技術創新為嵌入式系統 OEM 提供了各種堅固耐用的選項，包括扁平的模塊設計、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 將雙倍數據速率三型 （DDR3） SODIMM 內存模塊作為堅固耐用的嵌入式系統設計的支柱。除了 DDR3 的耐用性之外，我們還采用了新的低功耗、低耗散 DDR3L 內存模塊，解決了嵌入式系統設計的關鍵挑戰。JEDEC 規定，運行內存溫度超過 +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的總電流、采用散熱銅澆注方法 PCB 設計、減少芯片數量以及利用 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 內存每個模塊可節省高達 +10 °C 的溫度，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，DDR3L模塊有助于顯著降低功耗，從而有助于提高性能（見表1）。

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

刀片 VLP 是高度為 18.75 毫米的 JEDEC 標準 VLP 的低剖面 （17.78 毫米） 替代品。將 DDR3 VLP 內存模塊的高度降低到更薄的 17.78 mm，解決了許多電信和網絡應用中的空間受限限制，在這些應用中，很難容納行業標準 DIMM 或 Mini DIMM 插座以及標準 VLP 所需的內存。這種方法允許設計人員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AdsentialTCA的電信和以太網刀片交換機網絡應用中的典型設計挑戰。

電信和網絡刀片系統的設計人員通常面臨嚴格的系統高度限制。此外，這些系統需要在內存模塊頂部留出空間，以啟用氣流以實現有效的熱量管理。采用高度較低的 DDR3L VLP 內存模塊有助于改善氣流并提供低剖面，使 OEM 能夠提供可靠性更高的產品，從而降低總擁有成本。特定的 DDR3L VLP 模塊還提供單刷新率，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技術進步，例如用于加固 DDR3 SODIMM 模塊的側固定夾。這些通用適應性強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較弱的商業級固定夾，以保持內存模塊就位。在某些情況下，這些保持架可能會彈出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大量修改，這通常會導致基于COTS的非標準設計無法充分解決問題。

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，以提供增強的環境退化保護。

除了機械增強之外，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中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格至關重要。因此，定義一組標準的溫度測試參數以及存儲器供應商與OEM合作以根據特定設備和測試時間需求調整測試方法非常重要。嵌入式系統通常執行任務關鍵型操作，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。這些測試也可以使用專門開發的烤箱進行，這些烤箱與大多數嵌入式主板外形尺寸相匹配，從而能夠以完整的系統性能進行溫度測試。

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 非常 關鍵。重要的是要注意，根據應用或系統規格，系統級測試可能還需要使用Temtronic ThermoStream單元進行，以滿足低至-45°C的溫度要求，或者在+85°C環境溫度下使用低溫烘箱進行測試長達12小時。

對內存模塊中 DRAM 故障模式的分析已確定，可靠性欠佳的 DRAM 組件在使用后的前三個月往往會出現故障。隨著較新的DRAM發展到更小的工藝幾何形狀，包含弱位（單個單元中的微觀缺陷）的芯片可能會有更大的風險。這不足以導致DRAM完全故障，但在初始現場操作開始后的幾周內可能會出現單比特錯誤。

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。雖然大多數DRAM芯片在芯片級經歷靜態老化，但TDBI提供了一種更全面的測試方法，在模塊級實施24小時老化測試，同時在模塊在壓力條件下動態運行和檢查測試模式。各種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%。

新標準和外形規格

JEDEC和小型特殊興趣小組（SFF-SIG）等多個行業組織積極參與當今嵌入式系統的存儲設備標準化。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。但是，JEDEC 成員最初并不認識到在 SODIMM 外形上開發 DDR2 規范時需要適應 ECC，因為當時大多數筆記本電腦芯片組都不支持 ECC。看到對可以在嵌入式系統中更快的 DDR2 內存模塊上實現的 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 規范是存儲器器件的另一個示例，旨在滿足嵌入式系統在過度沖擊和振動條件下可靠運行的需求。這些系統的設計人員需要一個外形小巧、極其堅固的 DDR3 模塊。該標準將設計人員從商業級產品以前的限制中解放出來，這些產品需要焊接，帶子，膠水或系緊物來固定模塊。

通過 SFF-SIG 工作的維塔、瑞士比特和 LiPPERT 嵌入式計算機之間的合作產生了一個引腳定義的模塊，該模塊的引腳定義與 DDR3 標準 DIMM 非常相似。引腳定義利用高性能 240 針 SMT 連接器系統，該系統使用帶螺釘附件的支座將 XR-DIMM 內存模塊牢固地固定在主板上。此外，引腳定義包括一個SATA接口，用于開發包含DDR3和NAND閃存的雙功能模塊，以便從單個插槽實現存儲器和固態驅動器存儲的組合。計劃未來采用 SATA 和 DDR3 模塊組合標準。

滿足堅固耐用的內存要求

雖然對加固型嵌入式設備的需求持續上升，但內存模塊供應商繼續進行技術進步和相關制造改進，以滿足OEM的需求。DDR3 冗余、DDR3L 和扁平化 DDR3L 都是有助于滿足堅固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 的 SODIMM 標準也有助于推進堅固耐用的內存產品的現成供應。此外，設計人員可以使用底部填充側保持夾和保形涂層制造選項以及先進的測試方法，以幫助確保設計堅固。

在堅固耐用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跟上這些要求的步伐，幫助實現OEM的持續競爭力和未來的創新。

審核編輯：郭婷