По ходу настройки подсистемы стабилизации квадрокоптера закономерно возникла задача организации быстрого журнала событий, другими словами лога. Для составления полной картины происходящего внутри контроллера требуется вести лог исходных и фильтрованных показаний датчиков, а также переменных PID и прочих промежуточных величин. Таким образом, на каждом такте работы алгоритма, каждые 20мс, в лог будет записываться пять-шесть вещественных величин, что соответствует 20 - 24 байтам.

Самые простые варианты, которые пришли в голову первыми - это вести лог на встроенной или внешней flash-памяти, либо на ОЗУ микроконтроллера. В случае flash-памяти мы имеем огромное по своим размерам хранилище (например встроенная flash-память в mbed составляет 512кб), но весьма медленную скорость записи. Так, мои тесты на mbed показали, что процедура записи четырех байт с открыванием и закрыванием файла занимает около 80мс.

Запись в RAM безумно быстрая, но размер её весьма ограничен. Например, в mbed и Arduino UNO мы имеем всего 32кб RAM. При этом взять я могу далеко не все эти килобайты, ведь память расходуется на хранение других переменных программы. Дай бог удастся использовать 16кб, а это всего около 13 секунд при логировании шести вещественных чисел. Как вариант, можно прицепить к микроконтроллеру внешнюю DRAM память, подобные решения можно найти и для mbed, и для Arduino. Но я пошел немного по-другому пути, по пути инноваций :).

Во время поиска подходящего хранилища для лога я наткнулся на FRAM память. FRAM расшифровывается как Ferroelectric RAM и представляет собой очень быструю энергонезависимую память. Время хранения данных на FRAM составляет около 10 лет. Память выдерживает до 100 триллионов циклов перезаписи, а скорость записи/чтения ограничивается по-сути только скоростью интерфейса шины. Единственным производителем такой памяти на данный момент является компания Ramtron.

Существуют модификации чипов FRAM с параллельным интерфейсом, а также с распространенными I2C и SPI. Также есть микросхемы со встроенными дополнительными функциями, типа часов и календаря. Изначально я хотел приобрести чип FM25V10 объемом 128кб, но поскольку его не оказалось в наличии, для экспериментов пришлось взять FM25V02, который имеет более скромные 32кб. Кстати, к недостаткам FRAM относят высокую стоимость. Однако FM25V02 обошлась мне в 150р, что соизмеримо со стоимостью аналогичных SRAM микросхем.

Поскольку DIP корпус в наше время постепенно уходит в прошлое, чипы от ramtron практически все имеют корпус SOIC. В связи с этим, пришлось изготовить небольшую плату, которую можно бы было затем легко подключить к mbed.

Небольшая программа для записи и чтения из FRAМ для mbed представлена ниже.

По моим замерам, запись в FRAM шести вещественных чисел заняла около 200мкс, что вполне позволяет использовать данное устройство в качестве хранилища для лога. Конечно, образец FM25V02 имеет всего 32кб и придется подключить в SPI шине несколько таких микросхем, либо их более толстых товарищей FM25V10, с объемом памяти 128кб. Но в целом, задачу по организации лога можно считать решенной, и помогла её решить "интересная" память FRAM.