除了存儲玩家和操作數據之外，系統(tǒng)還需要存儲FPGA和/或MPU使用的游戲算法圖像（見圖1）。此外，還需要記錄操作執(zhí)行狀態(tài)和系統(tǒng)堆棧。這些日志中的數據對于保證賭場運營的安全完整性至關重要。

 

所有這些要求共同為工程師帶來了挑戰(zhàn)性的問題。必須安全存儲大量數據需要高密度的內存。此外，內存子系統(tǒng)必須非?？?，以防止斷電期間丟失數據。

 

非易失性存儲器

 

首先，非易失性存儲器至關重要。傳統(tǒng)上，游戲機使用電池供電的SRAM來有效保留內存。但是，這種方法不能提供足夠的可靠性。電池供電的SRAM需要多個組件，并且比單獨的本地非易失性存儲芯片消耗更多的PCB面積。通常在回流工藝之后安裝電池，以避免溫度過高影響電池，因此這會增加制造成本。電池還需要按計劃進行維護和更換。這樣的維護增加了運營費用。如果游戲機采用諸如嗡嗡聲或震動之類的反饋，則這種振動會導致將電池易失效。最后，不符合RoHS要求的電池給娛樂場經營者帶來了不必要的麻煩。

 

由于這些原因，制造商更喜歡使用無電池非易失性存儲解決方案來存儲記錄的信息。表1列出了幾種類型的非易失性存儲器。 EEPROM有限的耐用性并不適合必須連續(xù)運行數十年的游戲機。

 

（表1：不同非易失性存儲器類型的比較。）

 

基于閃存的方法，即使像EEPROM這樣的有限耐用性計數，也可以使用稱為損耗平衡的技術來延長存儲器的壽命。 MCU上的軟件采用復雜的算法來識別何時閃存磨損，并開始遇到超出設置閾值的錯誤。然后，算法搜索另一個未磨損的塊，并將數據移至該塊。損耗均衡算法傾向于嘗試在Flash設備中平均分配損耗。這使損耗均衡成為一個相當復雜的過程，在提高可靠性的同時，最終增加了寫入操作的延遲。

 

Flash的寫入性能會產生重大影響。通常，要記錄的數據將被捕獲并收集到緩沖區(qū)中，直到可以寫入一個完整的塊為止。接下來，必須通過耗損平衡算法來識別要寫入的內存塊，這可能涉及在大型數據表中進行基于軟件的查找。對于Flash，必須先擦除該塊，然后才能將其寫入。最后，數據緩沖區(qū)被寫入內存。

 

實時捕捉

 

當電源出現故障時，系統(tǒng)幾乎沒有時間做出反應。因此，為了以高可靠性存儲游戲數據，必須連續(xù)捕獲和存儲數據。最壞的情況是在游戲事件期間發(fā)生電源故障，因為這是實時數據產生最多的時刻。

 

如果在閃存寫入過程中的任何時間發(fā)生故障，則緩沖區(qū)中的數據將丟失。寫入過程越長，丟失數據的風險就越大，這對于理解機器為何故障以及建立完整性操作至關重要。

 

為了最大程度地減少寫入時間并提高整體可靠性，制造商正在轉向高度可靠的NVRAM解決方案，例如鐵電隨機存取存儲器（FRAM）。作為一種非易失性存儲技術，FRAM相對于電池供電的SRAM，EEPROM和閃存，為數據記錄應用提供了許多優(yōu)勢。FRAM具有極高的耐用性，可反復讀寫多達10 ^ 14個周期，對于記錄應用程序實際上是無限的。由于具有如此高的耐用性，因此無需進行磨損平衡，從而簡化了寫入過程。

 

此外，FRAM是一種隨機訪問技術，不需要緩沖區(qū)，可以直接在非易失性存儲單元中執(zhí)行寫操作，而無需先進行單獨的擦除周期。這意味著在收集數據時，可以立即將其存儲在非易失性存儲器中。隨機訪問還消除了與內存分頁相關的延遲。因此，與閃存使用緩沖區(qū)所需的相對較長的窗口相比，可以“立即”寫入已記錄的數據（參見圖2）。

 

（圖2：在緩沖區(qū)中捕獲數據并僅在緩沖區(qū)已滿時才將其寫入Flash的延遲使關鍵數據處于危險之中。如果在此期間發(fā)生電源故障，則會丟失重要的取證數據。）隨機訪問捕獲的數據可以立即寫入FRAM。這消除了EEPROM的寫入等待時間，從而最大限度地減少了風險和數據丟失的時間。

 

為了提供更高的可靠性，F-RAM存儲器包括片上錯誤代碼校正（ECC），以檢測和校正位錯誤。此外，FRAM讀取具有破壞性。因此，當讀取數據時，FRAM陣列中的任何位翻轉都會被檢測到并通過ECC進行校正，并將校正后的數據寫回到該陣列中。這確保了更高的可靠性，并提高了FRAM的使用壽命。

 

F-RAM通過串行接口（如SPI）連接到標準存儲控制器。與電池供電的SRAM使用的并行接口相比，串口的使用可釋放處理器引腳，從而使開發(fā)人員可以選擇更緊湊的MCU封裝，減少總線走線并減小電路板尺寸。

 

例如Infineon Technologies的Excelon FRAM，可用于工業(yè)和汽車級，以確保在極端工作條件下的高可靠性。工業(yè)F-RAM在最高溫度為85°C時可以存儲長達10年的數據，而在60°C時可以存儲到151年。這些存儲器還具有高性能的108 MHZ Quad SPI接口，使它們能夠提供與并行電池供電的SRAM相當的性能。

 

數據和代碼

 

由于其連續(xù)，隨機訪問的性質，單個FRAM器件可用于數據記錄和代碼存儲。實際上，單個存儲器可以代替ROM和RAM設備，因為FRAM同時提供SRAM和Flash的功能。在單個存儲設備中組合數據和代碼可以簡化系統(tǒng)設計并降低總體成本。此外，將算法代碼存儲在FRAM中會自動保留系統(tǒng)在發(fā)生故障時使用的代碼映像，這在故障取證過程中非常有用。

 

為了滿足游戲機等應用程序對內存的可靠需求，FRAM具有高密度特性，目前最高可達8 Mbit，2021年初將推出16 Mbit產品。

 

當今的賭場運營商需要高度可靠的游戲機來保護自己的利益，以防萬一機器在不適當的時間出現故障或斷電。當前的電池供電的SRAM系統(tǒng)缺乏物理魯棒性，增加了系統(tǒng)成本，并產生了持續(xù)的維護費用。基于閃存的系統(tǒng)可以在斷電期間保留數據，但也可以丟失其緩沖區(qū)，緩沖區(qū)具有最關鍵的數據，對于了解游戲系統(tǒng)為何以及如何出現故障是至關重要的。通過與FRAM協作，開發(fā)人員可以創(chuàng)建數據記錄系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過在捕獲數據時寫入數據來提供最高的可靠性，從而確保賭場運營商擁有建立證據鏈并確?？梢猿晒Λ@得取證分析所需的數據。

 

（作者：Shivendra Singh是賽普拉斯高級應用工程師；Karthik Rangarajan是Infineon的高級產品營銷工程師。）