Extension Mémoire Pour BeagleBone Black: 8 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Je vous présenter dans cet instructable un de mes projet qui consistait à piloter des mémoires de différents types afin de pouvoir tester leur fonctionnement dans des conditions spacesiales (enceinte radiative) et de trouver le taux d'erreurs engendré par cet environment pour chaque type de mémoire. Vous pouvez aussi utiliser les données de ce projet pour étendre la mémoire de votre BeagleBone, créer une clé USB ou simplement pour étudier leur fonctionnement.

Paso 1: Quelques Types De Mémoires

Voici une liste exhaustive des différents types de mémoires utilisés dans ce projet avec leurs avantages et inconvénients:

Premier type de mémoire: la mémoire SRAM

La mémoire vive statique (nuestra memoria estática de acceso aleatorio) es un tipo de mémoire vive utilisant des bascules pour mémoriser les données. Contrairement à la mémoire dynamique, son contenu n’a pas besoin d'être rafraîchit périodiquement. Elle reste cependant volatile: elle ne peut se passer d'alimentation sous peine de voir ses informations effacées irrémédiablement!

Ventajas: - la SRAM est rapide (temps d'accès 6 à 25 ns) - peu coûteuse (4 € / mes). Inconvenientes: - besoin d'être alimenté en permanence pour ne pas perdre ses données, aussi ce type de mémoire imose d'ajouter à notre carte mémoire un moyen de l'alimenter en permanence. Le moyen trouvé est d’ajouter un super condensateur Cellergy pouvant alimenter la mémoire pendant une journée.

Deuxième type de mémoire: la mémoire MRAM

La mémoire vive statique magnétique (Memoria magnética de acceso aleatorio) stocke les données sans avoir besoin d'être alimentée. Le changement d'état se fait en changeant l’orientation polaire des électrons (par effet tunnel notamment). Elle est très résistante aux radiations et aux hautes températures. Ventajas: - la non-volatilité des informations. - inusabilité, puis ce qu’aucun mouvement électrique n'est engagé (¡resistencia de 10 ^ 16 ciclos conferencia / écriture!). - la consommation électrique est théoriquement moindre puisqu'il n'y a pas de perte thermique debido a la résistance des matériaux aux mouvements des électrons. - temps d’accès de 10 nanosecondes. - les débits sont de l'ordre du gigabit par seconde. - une excellente résistance aux radiations, omniprésentes dans un milieu espacial. commercialisé sous la marque Everspin.- capacité de stockage est très limitée due aux champs magnétiques qui risquent de perturber les cellules voisines si elles sont trop proches les unes des autres.

Troisième type de mémoire: la mémoire FRAM

La mémoireFRAM (memoria ferroeléctrica de acceso aleatorio) es un tipo de memoria de ordenación no volátil encore à l'état de recherche et développement.

Elle est similar à la mémoire DRAM à laquelle en un ajouté une couche ferro-électrique pour obtenir la non volatilité. En mayo de 2011, Texas Instruments lanza el primer microcontrolador en memoria de FRAM.

Leur utilization est destinée au SSD (Solid State Drive), comme pour les autres mémoires non volatiles, les données n'ont pas besoin d'énergie pour être conservées. Ventajas: - une plus faible consommation d'électricité. - une plus grande rapidité de lecture et d'écriture (temps d'accès de 100 nanosecondes contre 1 microseconde pour la mémoire flash). - la possibilité d'être effacée et réécrite un bien plus grand nombre de fois (endurance de 10 ^ 14 ciclos lectures / écritures). Inconvenientes: - des capacités de stockage plus limitées - un coût de fabrication plus élevé, ~ 30 € / Mo

Les deux grandes familles de mémoires: Série (foto 1) et parallèle (foto 2)

Série: les mémoires séries ont pour avantage de permettre un gain de place et de garder la même configuration selon les modèles d'où leur facilité d'integration. Cependant ces mémoires ne sont pas très rapide car la trame entière (type d'opération, adresse, données …) doit être reçue avant d'enregistrer ou accéder à la donnée. Typiquement la vitesse d’accès allant de 5 à 20MHz on à au mieux accès aux bits de données que tous les (1 / (20 * 10⁶)) sec soit 50 ns par bits (50ns * 8 = 400ns pour 8 bits). Ce type de mémoire est donc utilisé lorsque le temps d'accès aux données à peu d'importance comme lors du chargement d'un BIOS dans certaines cartes de type FPGA.

Parallèle: Les mémoires parallèles sont très utilisées dans tous les domaines allant de la RAM pour ordinateur à la clé USB. Ce type de mémoire est beaucoup plus rapide que la mémoire SPI car en un coup d'horloge il permet d'accéder aux informations, nous sommes donc capaz de récupérer en quelques ms tout le contenu de la mémoire de 1Mo. L'inconvénient es difícil en el interior del coche. Los nombres de los pines difieren en un modelo de autor y la taille du boîtier est plus grande.

Pour accéder à plusieurs en mémoire en même temps nous devons jouer sur les pins de chip enable (CE) des mémoires afin d'indiquer à laquelle nous voulons accéder (voir schéma). Le schéma est valable pour les deux types de mémoires seul change le moyen d’accès aux données et adresses.

Paso 2: Mémoire Serial FRAM SPI

Câblage de la Beagle Bone à la mémoire: Reliés au 3.3V: VDD, HOLD, WP A la masse: VSS MISO relié à SO MOSI relié à SI CS relié à CS

NB: L'avantage de ce type de mémoire SPI est que, peu importe le modèle ou la marque du fabricant de semi-conducteurs, la configuration du boîtier reste la même ce qui n'est pas le cas des autres types de mémoires comme les mémoires parallèles. De plus les datasheet de ces différentes mémoires indiquent que toutes fonctionnent de la même manière. Ainsi il st possible de commuter des mémoires de différents modèles sans avoir à programmer de nouveaux algoritmos.

Les pins HOLD et WP sont reliés au 3.3V: si cela empêche l’utilisateur d’utiliser ces fonctionnalités, cela permet de faciliter la programmation. ¡Cependant ces fonctionnalités auraient été utiles si l'on avait plusieurs mémoires SPI à piloter!

Afin de piloter la mémoire il faut d'abord étudier sa fiche Technique disponible à l’adresse suivante:

Cette ficha técnica indique los diferentes ciclos necesarios para la lectura y la escritura en la memoria y el final de un programa permanente de los pilotos.

Paso 3: Ciclos de FRAM serial

Escritura:

Avant d'écrire dans la mémoire il faut envoyer une trame d'accès à L'écriture (WREN) 0000 0110 (0x06h) (Voir figura 5) Analyse de la trame d'écriture envoyée par MOSI de la Beaglebone à SI (Voir figura 9)

- 8 premiers bits, Op-code de l'écriture (READ): 0000 0011 (0x03h) - 16 bits adresse, même si cette mémoire n'en considère que 11 car il s'agit d'une mémoire de 16Kb ((2 ^ 11) * 8bits) il faut envoyer 16 bits car cela permettra de pouvoir aussi piloter des mémoires 64Kb. - 8 bits de données. Conferencia:

Analyse de la trame de lecture envoyée par MOSI de la Beaglebone à SI: (Voir figura 10) - 8 bits premiers, Op-code de la lecture (WRITE): 0000 0010 (0x02h) - 16 bits adresse Analyze de la trame de lecture envoyée par SO à MISO de la Beaglebone: - 8 bits de données

Paso 4: Code Pilotant La Mémoire FRAM

Pour compiler ce program en langage C: $ gcc programme_spi.c –o spiPour utiliser ce program: $./spi add1 add2 modo de datos

Add1 (MSB) et Add2 (LSB) correspondiente chacun à 8 bits de donnée, los datos corresponden à 8 bits de données à écrire (mettre 0 si lecture) Mode corresponden à l’écriture (= 2) ou la lecture (= 1).

Ejemplo de utilización:./spi 150 14 210 2 écrit à l’adresse 16 bits 150 14 (0x96h, 0x0Eh) la donnée 210 (0xD2).

./spi 150 14 0 1 lit à l'adresse150 14 (0x96h, 0x0Eh)

Paso 5: Mémoire Parralèle

Pour ce projet j'ai utilisé la mémoire SRAM ALLIANCE AS6C1008 128Kb * 8 bits (voir schéma)

Configuración del boitier: 17 Direcciones: A0-A16 8 Datos: D0-D7 2 Habilitación de chip: CE # -CE2 2 Habilitación de escritura y salida: WE # -OE # 2 VCC (3.3V), VSS (GND) 1 no conectado: CAROLINA DEL NORTE

NB: La disposition des pins varie grandement d'un modèle à un autre ainsi que les temps de lecture / écriture

Pour le câblage à la BeagleBone voir schéma (Un réel plaisir à débugger où lorsque l'on à mal câblé!)

Atención: Vous vous demandez sans doute pourquoi j'ai sauté ciertos GPIO dans les lignes d'adresses et data, c'est tout simplement que ces GPIO sont alloués à l'EMMC présent sur la BBB et que malgré mes recherches je n'ai jamais réussi à utiliser correctement (me faisant perdre au pasaje 2 semaines car je pensais la mémoire défectueuse alors que certains GPIO ne fonctionnaient simplement pas!)

Afin de piloter la mémoire il faut d'abord étudier sa fiche Technique disponible à l’adressesuivante:

Cette fiche Technique indique les différents ciclos nécessaires pour lire et écrire dans la mémoire et ainsi réaliser notre program. Afin d'écrire dans la mémoire il faut respecter le cycle imposé par les constructeurs, qui sont tous les mêmes pour chacune des mémoires utilisées. Ainsi n'importe quelle mémoire 64Kb peut fonctionner avec notre program (si correctement câblé:)) Cependant les temps entre les cycles peuvent varier d'une mémoire à une autre, le cycle le plus long (100ns) des mémoires utilisées étant retenu car il s'adaptera à toutes les mémoires. Ainsi les temps d'écriture et lecture minimals annoncés par les constructeurs ne seront jamais atteints car imposés par la mémoire la plus lente. La duración de los ciclos está definida en el código. Le seul moyen d’aller d’atteindre la vitesse maximale et de programmer les cycles pour une mémoire en particulier avec les temps minimaux. Le cycle d’écriture revient à modifier l’état des GPIOs. La base du code est celle qui permet de faire clignoter une LED en ajoutant des temporisations précises correspondientes aux durées des ciclos imposées par le constructeur. En effet l’action de faire clignoter une LED corresponde à la création de ciclos d’état haut et bas pour les GPIOs.

Le cycle de lecture quant à lui consiste en la récupération de l'état des GPIO, comme pour détecter l'état d'un bouton poussoir.

Paso 6: Cycles Mémoire Parralèle

Cycle d'écriture (voir figura 1, 2):

Pour écrire dans la mémoire il sufit de mettre les pins d'adresse aux valeurs souhaitées puis d'activer les entrées chip enable CE à l'état haut et l'instruction Write enable WE. Une fois cela effectuer mettre les pins des données aux valeurs souhaitées et le tour est joué (Más atención tout de même à bien respecter les temporisations! ~ 100ns)

Ciclo de conferencias (voir figura 3, 4):

Pour écrire dans la mémoire il sufit de mettre les pins d'adresse aux valeurs souhaitées puis d'activer les entrées chip enable CE à l'état haut et l'instruction Salida habilitada OE. Une fois cela effectué en récupère sur les entrée GPIO de la BeagleBone les valeurs se trouvant à cette adresse.

Paso 7: Code Pilotant La Memoire Parraléle

Código ce permet de piloter 2 mémoire parallèles indépendamment l'une de l'autre et s'utilise comme ceci:

compilación: $ gcc -lm programme_memoire.c -o memoire

$./memoire agregar 1 agregar 2 datos1 modo de datos2 ranura1 ranura2

modo: 1 Conferencia, 2 Escritura

Le code étant créer pour piloter deux mémoires il y a deux "slots", mettre à 1 pour utiliser.

Ej.: $./memoire 120140 20210 2 1 0

écrit à l'adresse 120140 (hex 16 bits) les données 20210 sur la mémoire sur le slot 1.

Ej.: $./memoire 120140 0 0 1 1 1

lit à l'adresse 120140 les données sur la mémoire du slot 1 et 2.

Paso 8: Apoye Pour Mémoires

Je vous fournit dans les photos les PCB de support mémoire sur lequel vous pourrez vous inspirer pour vos réalisations. Si vous voulez réaliser un système de mémoire intercambiable comme moi veillez bien à câbler correctement vos mémoires en utilisant toujours le même ordre pour les pins.

Si vous avez des questions remarques n'hésitez pas tout avis est le bienvenu, en espérant vous avoir aidé!