انواع حافظه در میکروکنترلر ها
در این مطلب به انواع حافظه در میکروکنترلر ها میپردازیم .حافظه ستون فقرات میکروکنترلرها است که به عنوان فضای ذخیره سازی دستورالعمل ها، داده ها و متغیرهای برنامه عمل می کند. در این مقاله، انواع مختلف حافظه موجود در میکروکنترلرها، ویژگی‌ها و کاربردهای عملی آنها را با تمرکز بر میکروکنترلر محبوب Arduino ATmega328 بررسی می‌کنیم.
انواع حافظه در میکروکنترلرها:
میکروکنترلرها معمولاً دارای چندین نوع حافظه هستند:
حافظه برنامه (Flash Memory):
حافظه برنامه که به عنوان حافظه فلش نیز شناخته می شود، سیستم عامل یا کد برنامه ای را که عملکرد میکروکنترلر را کنترل می کند، ذخیره می کند. غیر فرار است، به این معنی که حتی در صورت قطع برق، داده ها را حفظ می کند. فلش مموری برای ذخیره برنامه اصلی، بوت لودر و به روز رسانی سیستم عامل استفاده می شود.
RAM (حافظه دسترسی تصادفی):
RAM حافظه فراری است که برای ذخیره موقت داده ها و متغیرها در طول اجرای برنامه استفاده می شود. RAM به میکروکنترلر کمک میکند تا عملیات خواندن و نوشتن سریع را انجام دهد و ذخیره متغیرهای زمان اجرا، داده های پشته و بافرها را ساده و امکانپذیر میکند. RAM با قطع تغذیه مدار ، محتویات خود را از دست می دهد، بنابراین برای ذخیره سازی دائمی مناسب نیست.
EEPROM :
EEPROM یک حافظه غیر فرار است که امکان پاک کردن و برنامه ریزی مجدد داده ها را به صورت الکتریکی می دهد. معمولاً برای ذخیره تنظیمات پیکربندی، مقادیر کالیبراسیون و تنظیمات انتخابی کاربر استفاده می شود که حتی در صورت قطع برق باید حفظ شوند. EEPROM چرخه های نوشتن محدودی در مقایسه با حافظه فلش دارد.
کاربردهای حافظه در میکروکنترلرها:
حافظه در میکروکنترلرها کاربردهایی در حوزه های مختلف پیدا می کند:
همجواری و پک شدن با میکروکنترلر:
میکروکنترلرها در سیستم های نصب شده برای کنترل دستگاه ها و انجام وظایف خاص استفاده می شوند. هر کدام از انواع حافظه با قرارگیری در نزدیکترین فاصله با هسته کنترلی میکرو ( در یک پکیج) انجام سریع و صحیح عملیات را امکاپذیر میکنند. فلش مموری کد برنامه را ذخیره می کند، RAM داده های موقت را ذخیره می کند و EEPROM تنظیمات پیکربندی و داده های کاربر را ذخیره می کند.
ذخیره داده ها:
میکروکنترلرهای مجهز به حافظه فلش و EEPROM برای برنامه های ثبت اطلاعات مانند نظارت بر محیط، تله متری و کنترل فرآیند صنعتی استفاده می شوند. آنها می توانند قرائت های حسگر، گزارش رویدادها و اطلاعات تشخیصی را برای تجزیه و تحلیل بعدی ذخیره کنند.
به روز رسانی سیستم عامل:
حافظه فلش میکروکنترلرها را قادر می سازد تا به روز رسانی سیستم عامل را از طریق وایرلس یا از طریق اتصالات سیمی دریافت کنند. این اجازه می دهد تا رفع اشکال، بهبود ویژگی ها و ضعف های امنیتی بدون نیاز به تغییرات سخت افزاری در دستگاه های موجود در این زمینه اعمال شود.
رابط های کاربری:
میکروکنترلرها با RAM یکپارچه در دستگاه های دارای رابط کاربری گرافیکی (GUI)، صفحه نمایش لمسی و نمایشگر استفاده می شوند. RAM دارایی‌های گرافیکی، فونت‌ها و فریم‌های بافر مورد نیاز برای رندر کردن عناصر رابط کاربری و مدیریت ورودی کاربر را ذخیره میکند.
تطبیق سرعت:
یکی از مهم ترین وظایف حافظه ها در کنار میکروکنترلر ها که در موارد بالا نیز مستتر است ، تطبیق سرعت خواندن و نوشتن است . همنطور که میدانید سرعت ارسال ودریافت اطلاعات توسط هسته کنترلی میکروها بسیار بالاست و در زمانهاییکه مثلا بدلیل ترفیک بالا احتمال عدم همخوانی وجود ندارد ، حافظه ها با دریافت و ذخیره اطلاعات و ارسال بموقع آنها ، احتمال هرگونه باگ و یا ارور را از بین میبرند .
حافظه در میکروکنترلر آردوینو ATmega328:
میکروکنترلر Arduino ATmega328 که در بردهای محبوب آردوینو مانند Arduino Uno یافت می شود، دارای حافظه های زیر است:
حافظه فلش:
ATmega328 دارای 32 کیلوبایت (KB) حافظه فلش است که برای ذخیره برنامه آردوینو (کد برنامه) آپلود شده از طریق Arduino IDE استفاده می شود.
SRAM :
دارای 2 کیلوبایت (KB) SRAM است که ذخیره سازی موقت برای متغیرها، داده های پشته و بافرهای زمان اجرا مورد استفاده در هنگام اجرای برنامه فراهم می کند.
EEPROM:
ATmega328 دارای 1 کیلوبایت (KB) EEPROM است که برای ذخیره سازی داده های غیر فرار، مانند پیکربندی و تنظیمات تعیین شده توسط کاربر (مثلا ذخیره شماره تلفن و یا ذخیره آخرین وضعیت رله های مدار در یک مدار کنترل لوازم توسط sms ) استفاده می شود.
حافظه یکی از اجزای حیاتی میکروکنترلرها است که آنها را قادر می سازد تا برنامه ها را اجرا کنند، داده ها را ذخیره کنند و با دنیای بیرونی تعامل داشته باشند. با درک انواع و کاربردهای حافظه در میکروکنترلرها، توسعه دهندگان می توانند سیستم های تعبیه شده کارآمد، قابل اعتماد و همه کاره را برای کاربردهای مختلف طراحی کنند. به جرات میتوان گفت در تمامی دستگاهای از یک حسگر دمای ساده گرفته تا یک کامپیوتر پیشرفته یا یک مدار پیشرفته اینترنت اشیا ء ، حافظه نقش اصلی را در شکل دادن به قابلیت ها و عملکرد سیستم های مبتنی بر میکروکنترلر ایفا می کند. با میکروکنترلر آردوینو ATmega328 به عنوان مثال، می بینیم که چگونه انواع مختلف حافظه به عملکرد آن کمک می کنند و آن را به یک پلت فرم همه کاره برای نمونه سازی و ایجاد پروژه های تعبیه شده تبدیل می کند.