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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 터치 메모리 - 전자 식별자. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 라디오 아마추어 디자이너 소개 인력, 기술 제품 및 상품의 자동 식별을 위한 시스템에서 가장 인기 있는 것은 바코드 및 자기 스트립과 같은 전통적인 식별자입니다. 그러나 단순성과 저렴한 비용에도 불구하고 이러한 식별자에는 여러 가지 중요한 제한 사항이 있습니다. 그들의 단점은 정보 용량이 미미하고 기록된 데이터를 즉시 변경할 수 없으며 작동 조건에 대한 의존도가 높으며 광학 또는 자기 신호를 디지털 코드로 변환하는 특수 판독 장치를 사용해야 할 필요성이 있습니다. 생산, 관리, 금융 부문, 무역 및 사회 영역에 정보 시스템이 광범위하게 도입됨에 따라 보다 발전된 자동 식별 수단이 필요했습니다. 이러한 도구는 미국 회사 "Dallas Semiconductor"의 근본적으로 새로운 유형의 전자 식별자에 기인할 수 있습니다. 터치 메모리라고 하는 DS199X 제품군에는 여러 가지 고유한 기능이 있습니다. 터치 메모리는 하나의 신호 핀과 하나의 접지 핀이 있는 금속 케이스에 들어 있는 비휘발성 메모리입니다. 미니어처 버튼 배터리처럼 생긴 케이스는 제품이나 캐리어(카드, 키체인)에 쉽게 부착됩니다. 터치 메모리 케이스의 리더를 터치하기만 하면 계측기의 메모리에 정보를 쓰고 읽을 수 있습니다. 메모리 구성 터치 메모리 제품군에는 케이스 디자인이 동일하지만 기능, 메모리 크기 및 액세스 방법이 다른 5개의 장치가 포함됩니다(표 1).
터치 메모리의 구조에는 읽기 전용 메모리, 메모장 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 실시간 시계(DS1994용) 및 배터리 - 내장형 소형 리튬 배터리의 네 가지 주요 블록이 있습니다(그림 1).
읽기 전용 메모리 각 터치 메모리 기기에는 64비트 기기 유형 코드, 8비트 고유 일련 번호 및 48비트 체크섬으로 구성된 8비트 코드를 저장하는 ROM(읽기 전용 메모리)이 있습니다(그림 2).
ROM에 배치된 데이터는 제조 중에 레이저 설치를 사용하여 장치에 기록되는 고유한 코드 조합이며 장치의 전체 서비스 수명 동안 변경할 수 없습니다. 공장에서 기록 및 테스트 과정 중에 동일한 부품 번호로 두 개의 장치가 생산되지 않음이 보장됩니다. ROM에서 데이터를 읽을 때 언제든지 리더와 장치 케이스의 전기적 접촉이 끊어질 수 있으므로 읽고 있는 데이터의 무결성을 제어해야 합니다. 이를 위해 터치 메모리는 CRC(Cyclic Redundancy Check)를 사용합니다. ROM 콘텐츠의 하위 7바이트에 대해 미리 계산된 체크섬이 상위 바이트에 저장됩니다. 판독기(개인용 컴퓨터, 마이크로 프로세서 컨트롤러)의 ROM에서 데이터를 읽을 때 체크섬이 계산되어 상위 바이트에 기록된 제어 코드와 비교됩니다. 코드가 일치하는 경우 일련 번호를 올바르게 읽은 것입니다. 그렇지 않으면 ROM에서 데이터를 다시 읽습니다. ROM 공급 전압은 데이터 신호 라인을 통해 공급되므로 첫째, 내장된 리튬 배터리의 에너지를 절약할 수 있고 둘째, 배터리 에너지에 관계없이 항상 메모리를 읽을 수 있습니다. 랜덤 액세스 메모리 DS1990 제품군 중 가장 단순한 기기에는 읽기 전용 메모리만 포함되어 있습니다. 다른 모든 장치에는 정적 RAM도 포함되어 있습니다. 이 메모리의 쓰기-읽기 주기 수에는 제한이 없습니다. 메모리는 수명이 10년인 소형 리튬 배터리로 구동됩니다. 모든 RAM은 32바이트의 별도 페이지로 나뉩니다. DS1992는 4바이트를 저장할 수 있는 256페이지, DS1993 및 DS1994는 16바이트를 저장할 수 있는 512페이지를 가지고 있습니다. DS1994에는 17바이트의 볼륨이 있고 실시간 클록의 작동을 위한 30번째 페이지가 추가로 포함되어 있습니다(그림 3).
판독기와 장치 본체를 만지는 순간 데이터가 메모리에 기록되기 때문에 이 순간의 전기적 접촉을 위반하면 메모리의 정보가 파괴될 수 있습니다. 터치 메모리의 구조는 정보의 훼손을 방지하기 위해 추가 버퍼 메모리를 제공하여 메모장 영역의 기능을 수행합니다. 이 메모리는 기기가 실수로 기존 데이터에 새 데이터를 쓰거나 잘못된 주소에 쓰는 것을 방지합니다. 스크래치패드 메모리의 양은 RAM 페이지 크기와 같습니다(DS32-1992의 경우 94바이트). 메모장 메모리의 작동 원리를 고려하십시오. 기기에 입력되는 모든 데이터는 처음에 스크래치패드 메모리에 기록됩니다. 그런 다음 기록이 필요한 데이터와 비교되는 판독기로 전송됩니다. 확인 후 메모장 메모리의 내용을 메인 메모리에 복사하는 작업을 수행합니다. 터치 메모리 내부에서 복사가 이루어지므로 외부 접점이 끊어져도 정보의 무결성이 보장됩니다. 보호된 RAM에 액세스 장치 DS 1992-94는 구조가 동일한 RAM을 가지고 있으며, 모든 페이지는 읽기(직접) 및 쓰기(스크래치패드 메모리를 통해) 모두에 사용할 수 있습니다. DS 199.1은 더 복잡한 RAM 아키텍처를 가지고 있습니다. 승인되지 않은 액세스에 대한 하드웨어 수준의 메모리 보호를 구현합니다. 모든 비휘발성 메모리는 각각 64바이트의 48개의 독립적인 페이지로 나뉘며 페이지 중 하나는 메모장 메모리입니다. 주 메모리의 각 페이지는 데이터를 저장하기 위한 8바이트와 식별자와 암호를 저장하기 위한 4바이트의 두 개의 서비스 필드로 구성됩니다(그림 XNUMX).
메모리 액세스 메커니즘은 식별자 필드에 저장된 공개 키와 비밀번호 필드에 기록된 개인 키의 두 가지 키를 사용하여 구현됩니다. 공개 키는 쓰고 읽고, 개인 키는 설정만 하고 읽을 수 없습니다. 개인 키는 메모리에 대한 승인된 액세스를 제공하고 공개 키로 우발적인 변경으로부터 보호됩니다. 초기 포맷 동안 이 페이지의 공개 키와 개인 키의 코드가 각 페이지의 서비스 필드에 기록됩니다. DS1991에서 메모리에 액세스할 때마다 해당 페이지의 개인 키가 먼저 전송됩니다. 이전에 비밀번호 필드에 기록된 키와 일치하는 경우 메모리는 쓰기 및 읽기 모두에 사용할 수 있습니다. 코드가 일치하지 않으면 데이터가 메모리에 기록되지 않고 읽기 모드에서 DS1991에서 일련의 난수를 읽습니다. 새 개인 키 값을 DS1991에 쓰려면 선택한 페이지의 공개 키 코드를 전달해야 합니다. 이 코드가 식별자 필드에 이전에 기록된 코드와 일치하면 두 키의 새 값이 이 페이지의 서비스 필드에 기록되고 데이터 영역이 지워집니다. 코드가 일치하지 않으면 개인 키의 값이 변경되지 않습니다. DS1991에 구현된 메모리 액세스 메커니즘은 많은 애플리케이션에서 매우 중요한 무단 쓰기-읽기로부터 메모리를 안정적으로 보호합니다. 실시간 시계 DS1994에는 실시간 클록 회로가 있습니다. 32,768Hz의 주파수에서 작동하는 내장형 소형 수정 발진기는 안정적인 타이밍 신호(초당 256펄스)를 생성합니다. 이 회로에는 40비트 시간 펄스 카운터, 신호 라인이 활성화된 시간을 계산하는 40비트 간격 타이머, 장치와의 데이터 교환 주기 수를 계산하는 32비트 주기 카운터의 세 가지 카운터가 있습니다. 시간 펄스 카운터의 상위 바이트와 간격 타이머는 초 정밀도로 시간 계산을 제공합니다. 이러한 카운터 외에도 회로에는 비슷한 목적을 가진 세 개의 레지스터가 있습니다. 현재 카운터 값이 이전에 레지스터에 기록된 데이터와 일치하면 해당 플래그가 상태 레지스터에 설정됩니다. 해당 인터럽트 활성화 비트가 상태 레지스터에 설정되면 신호 라인을 통해 읽을 수 있는 인터럽트가 생성됩니다. 단일 와이어 인터페이스 Touch Memory의 특징은 Dallas Semiconductor에서 개발한 리더와의 교환 프로토콜입니다. 정보 수신 및 전송을 위해 하나의 양방향 신호 라인이 사용됩니다(두 번째 와이어는 접지 접점). 한 회선에서의 교환은 반이중 모드(수신 또는 전송)에서 수행됩니다. 단일 와이어 인터페이스를 통한 장치의 상호 작용은 "마스터-슬레이브"(마스터-슬레이브) 원칙에 따라 구성됩니다. 이 경우 리더는 항상 마스터이고 하나 이상의 터치 메모리 장치는 슬레이브입니다. 하나의 양방향 라인에서 여러 장치와 판독기의 상호 작용은 터치 메모리 하드웨어에서 지원됩니다. 단선 인터페이스를 통한 교환 프로토콜은 2단계입니다. 첫 번째 논리적 수준에서 ROM 및 RAM과의 교환 명령은 장치와 상호 작용하는 데 사용됩니다(표 XNUMX).
ROM 교환 명령 그룹은 ROM 읽기, 건너뛰기, 비교 및 검색의 네 가지 명령으로 구성됩니다. 마지막 두 명령은 판독기와 여러 터치 메모리의 한 줄에 상호 작용을 제공합니다. 비교 명령은 일련 번호가 지정된 장치와 교환을 시작합니다. 검색 명령을 사용하면 양방향 회선에 연결된 장치 중 하나의 일련 번호를 확인할 수 있습니다. 메모장과 메인 메모리로 교환하기 위한 명령은 ROM과 교환하기 위한 명령 중 하나를 실행한 후에만 터치 메모리에서 처리됩니다. 따라서 동일한 회선에 연결된 여러 장치가 상호 작용할 때 판독기는 회선을 통해 비교 명령을 보내고 이에 따라 하나의 장치만 선택되고, 이후에 메모리와 교환하기 위한 명령을 수신합니다. 모든 교환 명령의 크기는 고정되어 있습니다. 8바이트, 데이터는 XNUMX비트 정수로 표시됩니다. 마스터는 항상 슬레이브에 명령을 보내 교환을 시작합니다. 물리 계층 프로토콜은 단일 와이어 인터페이스를 통해 명령과 데이터를 전송하는 데 사용됩니다. 명령과 데이터는 직렬 코드로 전송됩니다. 전송된 정보의 무결성을 보장하기 위해 물리 계층의 교환 프로토콜은 회선 신호의 시간 매개변수를 엄격하게 규제합니다. 데이터 교환 프로토콜은 초기화, 쓰기 및 읽기의 세 가지 주요 주기로 구성됩니다. 초기화 주기는 터치 메모리와의 정보 교환의 초기 주기입니다. 이 주기에서 마스터는 라인을 폴링하여 터치 메모리가 있는지 확인합니다. 초기화 주기는 마스터에서 생성된 음의 리셋 펄스에 의해 동기화됩니다. 신호를 보낸 후 마스터는 라인을 해제하고 수신 모드로 들어갑니다. 터치 메모리 장치가 라인에 연결된 경우 마스터의 클록 신호를 감지하고 일시적인 일시 중지 후 식별 신호를 마스터에게 보냅니다(그림 5). 이 응답 신호는 호스트에 터치 메모리와 전기적인 접촉이 있고 교환을 시작할 수 있음을 알려줍니다.
데이터는 시간 세그먼트라고 하는 개별 시간 간격(일반적으로 약 60µs)으로 단선 양방향 라인을 통해 전송됩니다. 데이터를 전송할 때 모스 부호를 연상시키는 펄스 폭 코딩 방법이 사용됩니다. 한 시간 세그먼트 동안 라인의 논리 16,6의 길거나 짧은 상태가 전송된 비트의 값을 결정합니다. 최대 XNUMXkbps의 데이터 전송 속도를 제공합니다. 기록 중 시간 세그먼트의 동기화는 마스터 장치를 형성하는 신호의 음의 에지에 의해 수행됩니다. 논리 단위를 터치 메모리로 전송하기 위해 마스터 장치는 클럭 신호를 보낸 후 라인을 해제하고 논리 6을 쓰기 위해 마스터 장치는 전체 시간 세그먼트 동안 라인의 낮은 상태를 유지합니다(그림 XNUMXa). 설명된 쓰기 주기는 전송된 각 명령 비트에 대해 반복됩니다.
읽기 주기가 시작될 때 호스트 장치는 낮은 수준의 클록 신호를 라인에 보낸 후 라인을 해제하고 수신 모드로 들어갑니다. 또한 전체 시간 세그먼트 동안 단일 와이어 라인의 상태는 슬레이브 장치인 터치 메모리에 의해 결정됩니다. 이 경우 전체 타임 세그먼트 동안 논리 단위는 하이 레벨로 전송되고 논리 8은 단일 와이어 라인의 로우 레벨로 전송됩니다. 마스터 장치에 의한 데이터 게이팅에 가장 적합한 시간은 시간 세그먼트 시작 후 6μs입니다(그림 XNUMXb). 모든 데이터를 읽을 때까지 한 비트의 읽기 주기를 반복합니다.
각 시간 세그먼트의 끝에서 마스터 장치는 라인을 높게 유지하여 교환(회복 순간)에 일시 중지를 제공합니다. 회선에서 높은 상태를 유지하면서 시간 세그먼트 사이에 언제든지 통신 세션을 일시 중단할 수 있습니다. 모든 통신 세션에서 데이터의 최하위 비트가 먼저 전송됩니다. 터치 메모리의 디자인 기능 장치의 특이한 케이스 덕분에 터치 메모리의 여러 고유 기능이 제공됩니다. 메모리 크리스탈과 미니어처 리튬 배터리는 직경 16mm, 두께 5,8mm(F5 케이스) 또는 3,2mm(F3 케이스)의 밀폐형 스테인리스 스틸 케이스에 들어 있습니다. 강철 케이스는 전기 접점을 만드는 데 사용됩니다. 장치의 케이스는 디자인이 버튼 배터리의 경우와 유사합니다. 바닥이 있는 림과 전기적으로 절연된 덮개로 구성됩니다. 기존의 마이크로 회로와 달리 장치 메모리의 내용에 대한 액세스는 접지 및 양방향 신호의 두 라인을 통해서만 수행됩니다. 테두리와 바닥은 접지 접점이고 캡은 신호 접점 역할을 합니다(그림 7a). 케이스는 눈에 띄는 마모 없이 1만 개 이상의 기계적 연결을 견딜 수 있습니다.
터치 메모리 장치에서 데이터를 읽기 위해 유전체로 분리된 두 개의 스탬핑 금속 부품으로 구성된 기계적 어셈블리인 터치 프로브 접촉 장치(프로브)가 사용됩니다. 프로브 팁은 기기의 둥근 몸체에 정확히 맞는 모양입니다. 이 경우 깊어진 중앙 영역은 신호 접점 역할을 하고 그 가장자리는 접지 접점 역할을 합니다(그림 7b).
작은 크기의 터치 프로브를 사용하면 핸드헬드 마이크로프로세서 컨트롤러에 직접 내장하거나 모든 표면에 부착하거나 독립형 핸드헬드 장치로 사용할 수 있습니다. 장치와의 상호 작용은 장치의 바닥이 프로브의 깊은 중앙 영역에 접촉하고 테두리가 프로브의 측면과 접촉하는 방식으로 프로브와 터치 메모리 본체의 순간 터치에 의해 제공됩니다. 간단한 전기 인터페이스 설계를 사용하면 손상될 수 있는 핀이나 접점이 없기 때문에 Touch Memory의 높은 기계적 강도를 보장합니다. 신뢰성 다른 유형의 식별자에 비해 터치 메모리의 주요 장점 중 하나는 높은 신뢰성입니다. 터치 메모리 장치는 500g의 기계적 충격, 1,5m 높이에서 콘크리트 바닥으로의 낙하, 신체에 11kg의 하중을 견디며 자기장 및 정전기장, 산업 분위기의 영향을 받지 않으며 온도 범위에서 작동합니다. DS 40의 경우 -85 ~ +1990'C, 제품군의 다른 모든 장치의 경우 -20'C ~ +85'C. 결론 하우징의 독특한 디자인과 터치 메모리의 단순한 전기 인터페이스는 기존 수단에 비해 전자 식별자의 범위를 크게 확장할 수 있으며 일부 시스템에서는 이를 대체하기도 합니다. CIS에서 터치 메모리 기술의 도입은 기존 식별자가 있는 시스템의 도입과 크게 다릅니다. 마그네틱 카드, 바코드 및 마이크로 프로세서 카드가 있는 최신 시스템을 완전히 해외에서 구입하는 경우 터치 메모리가 있는 시스템의 모든 장비와 소프트웨어는 국내 기업에서 개발 및 생산합니다. 이 방법은 한편으로는 국내 개발자의 높은 잠재력을 사용하고 특정 응용 프로그램의 요구 사항에 시스템을 쉽게 적용할 수 있게 하고 다른 한편으로는 기술의 도약, 가장 앞선 기술을 짧은 시간에 소개합니다. 터치 메모리 장치는 건물, 건물에 대한 물리적 액세스 및 정보 자원, 장비에 대한 액세스를 위한 제어 시스템, 비현금 전자 결제 시스템, 제품, 물체의 자동 식별에 가장 널리 사용됩니다. 저자: E. Zlotnik; 간행물: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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