Massenspeicher für Industrie-Anwendungen SATA contra PATA in Embedded-PCs und Steuerungen

Flash-Speichermodule für den industriellen Einsatz müssen robust und zuverlässig sein. Neben der Datentransferrate nach SD-Standard müssen beim Einsatz der Massenspeicher auch die technischen Forderungen der Industrie erfüllt werden.

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GLYN GmbH & Co. KG

dataTec AG

Bicker Elektronik GmbH

Swissbit AG

Simos Elektronik Vertriebs GmbH

Als Distributor im Bereich Embedded-/Industrie-PC und elektronischen Steuerungen wird Simos immer wieder mit Fragen zu nichtflüchtigen Speichern konfrontiert. In allen PCs, industriellen Steuerungen und anderen uns wohlbekannten Anwendungen spielt der Massenspeicher eine wichtige Rolle. Kommt noch der Fakt hinzu, dass sich diese Steuerungen selbst bewegen oder durch sonstige mechanische Schwingungen belastet werden, hat die Festplatte sehr schnell ausgespielt.

Sicherlich gibt es mittlerweile sehr viele Controller, die schon einen Flash-Speicher an Board haben. Aber sobald die immer komplexer werdenden industriellen Steuerungen eine gewisse Größe überschritten haben und vielleicht noch grafische Elemente hinzu kommen, muss über zusätzlichen externen nichtflüchtigen Massenspeicher nachgedacht werden. Erst recht, wenn schnelle Prozessoren ohne internen nichtflüchtigen Speicher benötigt werden oder sogar Daten über einen langen Zeitraum gesammelt werden müssen (Data Logging).

Beim derzeitigen Stand der Entwicklung ist der Flash-Speicher wohl der geeignetste nichtflüchtige Massenspeicher, da er getrieben durch viele Applikationen (Mobiltelefone, Digitalkameras etc.) auch für die Industrie sehr interessant geworden ist, da bedingt durch die o.g. Applikationen ein großes Speichervolumen auf kleinsten Raum zur Verfügung gestellt werden konnte.

Worin besteht der Unterschied zwischen PATA und SATA?

So haben sich in den vergangenen Jahren bei den Industriekunden als Massenspeicher vorwiegend die CompactFlash-Karten durchgesetzt, die z.B. von Swissbit hergestellt werden. Sie werden vorwiegend in PC-basierenden Plattformen und Steuerungen als Boot Device und zur Datenspeicherung verwendet. Als Schnittstelle zum Prozessor oder Board diente dabei häufig das parallele ATA-Interface, auch PATA genannt. Bei PATA werden auf einem 16 Bit breiten Bus die Daten parallel übertragen.

Bei den ständig steigenden Taktfrequenzen der Prozessoren wurde es aber immer schwieriger, die Daten synchron über die Leitungen zu übertragen. Auch das Übersprechen zwischen den einzelnen Leitungen wird bei zunehmenden Frequenzen immer problematischer und Gegenmaßnahmen sind mit nur sehr hohem materiellem Aufwand verbunden.

So hat Intel im Jahr 2000 entschieden, sich vom parallelen Busdesign zu verabschieden und das serielle ATA-Interface (SATA) entwickelt. Es handelt sich bei SATA um eine Bit-serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung, wobei die Daten seriell (Bit für Bit) nacheinander über nur zwei Leitungen übertragen werden. Da die Signalführung differenziell erfolgt, ist die Störanfälligkeit von SATA gegenüber der massebezogenen Signalführung des PATA-Bussystems wesentlich geringer.

SATA bietet Hot-Plug-Fähigkeit

Bei der Entwicklung des SATA-Standards wurde ein weiterer wichtiger Punkt eingearbeitet, die Hot-Plug-Fähigkeit. Hierbei können z.B. Speicher oder andere Geräte mit SATA-Interface im laufenden Betrieb ausgetauscht werden. Damit ergeben sich drei Hauptvorteile von SATA gegenüber PATA:

• vereinfachte Leitungsführung,

• höhere Datenübertragungsraten,

• Hot-Plug-Fähigkeit.

Hinzu kommt, das die CPU-Board-Hersteller Schritt für Schritt die PATA- durch die SATA-Schnittstelle ersetzt haben. Gleichzeitig mussten natürlich die Massenspeicher wie Festplatten und Flash-Speicher mit den entsprechenden Schnittstellen ausgerüstet werden. Auch hier konnte Swissbit erste Produkte anbieten, welche gepaart mit den speziell dafür entwickelten Controllern sich rasch im Markt durchsetzen konnten. Auf Basis der vorliegenden Erfahrungen unserer Industriekunden zeichnen sich besonders drei Formfaktoren von SATA-SSDs ab, die sich voraussichtlich in der Industrie etablieren werden:

• CFast Cards,

• Half Slim SATA-Modul,

• mSATA-Modul.

Diese Formfaktoren sind durch Standards der CFA bzw. JEDEC eindeutig beschrieben und werden von verschiedenen Herstellern angeboten. Damit wird eine Hauptforderung der Industrie erfüllt, nämlich Wettbewerb und Second-Source-Strategien.

CFast-Karte mit SATA-II ersetzt CF-Karte

Die CFast-Karte mit ihrem SATA-II-Interface wird aus heutiger Sicht in vielen Applikationen die bisher verwendeten CF-Karte ersetzen, vor allem in industriellen- und automobilen Anwendungen. Neben bestehender Felderfahrung mit der mechanischen Robustheit von CF-Karten werden die einfache Austauschbarkeit und Skalierbarkeit der Applikationen ausschlaggebend sein.

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