Consulting Techniczny: Przemysłowe karty Compact Flash

Karty Compact Flash są kartami pamięci, w których zastosowano pamięć typu flash NAND, czyli rodzaj trwałej (nieulotnej) pamięci komputerowej, stanowiącej rozwinięcie konstrukcyjne i kontynuację pamięci typu EEPROM. Jest to format kart zaproponowany przez firmę SanDisk w 1994 roku i jest to najdłużej dostępny na rynku format kart flash.

Czym są karty Compact Flash?

Standard Compact Flash (CF) określa zarówno specyfikację elektryczną, jak i fizyczną dla interfejsu 50-ciopinowego zawartego w jednej z dwóch rodzajów obudów.

Specyfikacja elektryczna kart CF jest identyczna ze standardem PCMCIA– wykorzystywane jest 50 z 68 dostępnych sygnałów.

Karty CF typu I mogą pracować bezproblemowo w slotach przeznaczonych zarówno dla kart typu I jak i typu II.

Cechy charakterystyczne kart CF

Środowisko pracy

Typowy zakres temperatur pracy kart CF to 0⁰C~70⁰C. Niektóre przemysłowe karty CF mają budowę pozwalającą im na pracę w temperaturach nawet od -45⁰C do 95⁰C.

Karty te z reguły są wodoszczelne oraz mają znacznie podwyższoną odporność udarową niż inne nośniki.

Napięcie zasilania

Specyfikacja kart Compact Flash określa, że mogą one pracować w trzech trybach

• Zasilanie tylko napięciem 3,3 V
• Zasilanie tylko napięciem 5V
• Zasilane napięciem 3,3/5V

Karty dwunapięciowe są obecnie najszerzej stosowanie. W zależności od tego jakie napięcie jest dostępne, pod takim pracuje karta – następuje automatyczny wybór.

Typ pamięci flash

Budowa pamięci kart Compact Flash jest realizowana na dwa sposoby:

• SLC Flash – Single Level Cell – poszczególne komórki pamięci zrealizowanej w tej technologii przyjmują jedynie dwa stany. Karty CF zrealizowane w tej technologii mają znacznie większą żywotność niż pamięci MLC – wytrzymują do 70 000 zapisów na komórkę. Ponadto pamięci SLC mają znacznie wyższą tolerancję na niskie i wysokie temperatury pracy oraz zauważalnie większą szybkość odczytu danych.
• MLC Flash – Multi Level Cell – poszczególne komórki pamięci przyjmują wiele stanów napięciowych, obecnie maksymalnie 8 stanów, czyli 2 bity na jedną komórkę pamięci. Ta technologia wykonania jest mniej trwała (do 3000 zapisów), jednak jest znacznie tańsza, przez co chętnie wykorzystywana jest do budowy pamięci USB i SD.

Cel i zalety stosowania kart CF

Wykorzystanie kart CF zamiast dysków talerzowych w urządzeniach przemysłowych niesie ze sobą wiele korzyści. Jako podstawową korzyść uznaje się znacznie większą odporność na wstrząsy mechaniczne, co zmniejsza prawdopodobieństwo utraty danych w wyniku oddziaływania mechanicznego. Dodatkowymi zaletami są: mniejsza masa urządzenia, szybszy transfer danych, dłuższa bezawaryjność, mniejszy pobór prądu i emisja ciepła.

W przemyśle karty Compact Flash są często wykorzystywane w komputerach jednopłytkowych 3,5\", np. GENE-LN05 firmy Aaeon czy PCM-3343 firmy Advantech. Ponadto jest to nośnik chętnie wykorzystywany też w komputerach przemysłowych dedykowanych do zastosowań w transporcie, właśnie ze względu na swoje właściwości (odporność na wstrząsy, szybkość pracy).

Karty Compact Flash są również szeroko wykorzystywane jako nośniki danych w aparatach oraz kamerach cyfrowych. W szczególności dotyczy to profesjonalnych urządzeń przechwytujących obraz w wysokiej jakości.

Mimo rozpowszechnienia się dysków SSD SATA oraz ciągły spadek ich cen, wiele komputerów przemysłowych wciąż korzysta ze standardu Compact Flash właśnie ze względu na jego niezawodność i specyfikę pracy.

Wymiana starych dysków talerzowych wykonanych w standardzie IDE na karty CF jest najprostszym sposobem na widoczne zwiększenie wydajności komputera, zwłaszcza jeśli chodzi o starsze komputery przemysłowe wyposażone w takie dyski.

Rodzaje trybów dostępu do pamięci

Karta Compact Flash może pracować w jednym z trzech trybów dostępu do pamięci PC Card Memory Mode, PC Card I/O Mode, oraz True IDE Mode.

PC Card I/O Mode

W trybie PC Card I/O, plik zadaniowy (task file) jest mapowany w I/O przestrzeni pamięci.

PC Card Memory mode

W trybie PC Card Memory (lub Common Memory), rejestry plik zadaniowego (task file registers) są mapowane we wspólnej przestrzeni pamięci karty Compact Flash.

W tym trybie pamięci karta może wykonywać zarówno 8-bitowe jak i 16-bitowe operacje I/O do wspólnych adresów pamięci.

Tryb TRUE IDE

Tryb TrueIDE jest trybem pracy, w którym karta CF może pracować w oparciu o kontroler IDE. Można tego dokonać stosując adaptery IDE->CF, obsługujące do dwóch kart jednocześnie. Tryb TrueIDE, w przeciwieństwie do wykorzystania adapterów pasywnych, pozwala na traktowanie takich pamięci jako pamięci trwałe (fixed). Kontroler TrueIDE analizuje strumień danych przesyłanych pomiędzy pamięcią CF a kontrolerem IDE i przekazuje informacje o tym, że media są „stałe\". Pozwala to na instalację systemów operacyjnych na pamięciach CF z użyciem trybu TrueIDE.

Mimo, że interfejs elektryczny karty Compact Flash jest identyczny z interfejsami ATA to karty nie wspierające trybu TrueIDE mogą nie współpracować z przejściówkami IDE->CF.

Tryb TrueIDE może obsługiwać sprzętowo tzw. MultibootTrueIDE, gdzie dwie karty CF są podpięte do jednego adaptera i jedna z nich pracuje w trybie IDE Master a druga IDE Slave. Dzięki prostemu sposobowi można przełączać tryby w jakim pracują oba dyski, co pozwala na łatwą zmianę priorytetu bootowania lub stworzenia kopii zapasowej systemu operacyjnego.

To tylko część artykułu. Całość można znaleźć na naszej stronie: https://www.csi.pl/consulting-techniczny/308-przemyslowe-karty-compact-flash