Flash-Speicher mit eingebauter MAC-Adresse können bei der Entwicklung eine echte Hilfe sein

Flash-Speicher sind Bestandteil nahezu jedes neuen Designs, ganz gleich, ob dieses für batteriebetriebene Wearables oder größere netzbetriebene elektronische Systeme entwickelt wurde. Führt der Speicher einen Code aus, so handelt es sich wahrscheinlich um einen NOR-Flash-Speicher, zeichnet sich die NOR-Technologie doch durch direkten Zugriff, hohe Zuverlässigkeit und einen geringen Stromverbrauch aus.

Unterdessen bringt die Industrie weiterhin neue Flash-Technologien auf den Markt, die in puncto Speicherdichte, Stromverbrauch, Zugriffsbandbreite und Leistung neue Maßstäbe setzen. So können Entwickler jetzt sogenannte Execute-in-Place-(XIP)-NOR-Flashkomponenten verwenden, um Code direkt von einem Flash-Speicher auszuführen, was zum einen die RAM-Anforderungen reduziert und zum anderen das Kopieren des Codes von einem nichtflüchtigen Speicher auf einen RAM überflüssig macht.

Flash-Komponenten werden dabei nicht nur leistungsstärker, sondern auch beständig intelligenter. So gehen die neuen flashbasierten Technologien über die reine Speicherfunktion hinaus und verfügen nun über Funktionen, mit denen ein größerer Teil der Rechenlast im Zusammenhang mit Datenanalyse, Cloud-Interaktion und anderen Diensten übernommen werden kann. Diese Entwicklung führt direkt hin zu Bemühungen wie der der rechnerischen Speicherung, bei der die Flash-Technologie eine führende Rolle beim Stillen des unbändigen Datenhungers von Algorithmen für maschinelles Lernen spielt.

Manchmal aber müssen Flash-Verbesserungen gar nicht die Rieseninnovation sein, um Entwicklern behilflich sein zu können. Manchmal reicht auch einfach eine gute Idee.

Ein Beispiel hierfür sind die Flash-KomponentenSST26VF0xxBEU von Microchip Technology, die Neuzugänge der SST26 SQI-Reihe von Microchip Technology mit ihren seriellen NOR-Komponenten mit seriellen Quad-E/A (SQI). Die SST26-Reihe basiert auf der von Microchips Tochterunternehmen Silicon Storage Technology entwickelten SuperFlash®-Technologie und ist auf Leistung und Zuverlässigkeit ausgelegt. Außerdem ist sie sehr benutzerfreundlich. So können Entwickler die Komponenten problemlos an Quad-SPI-Master wie die Mikrocontroller der Reihe SAM D51 von Microchip anschließen, welche auf dem Arm®-Cortex®-M4F-Kern mit Gleitkommaeinheit basieren (Abbildung 1).

Abbildung 1: Die SST26-Reihe von Microchip Technology mit seriellen NOR-Flash-Komponenten bietet vier serielle E/A-Kanäle und ermöglicht damit ultraschnelle Transaktionen mit Quad-SPI-Mastern (QSPI-Master). (Bildquelle: Microchip Technology)

Die neue Serie SST26VF0xxBEU weist die gleichen Merkmale auf, zeichnet sich aber überdies durch eine global eindeutige MAC-Adresse (Media Access Control) in jeder Komponente aus.

MAC-Adressen: Was ist hier so besonders?

Warum stellt diese vergleichsweise einfache Verbesserung eine solch bemerkenswerte Hilfe für Entwickler dar? Um das zu verstehen, ist ein genauerer Blick auf MAC-Adressen und deren Art der Bereitstellung erforderlich.

Eine MAC-Adresse ist bekanntermaßen eine eindeutige Kennung, die einem Netzwerk-Interface-Controller (NIC) zugeordnet ist und in vertrauten Konnektivitätsoptionen wie Ethernet, Wi-Fi und anderen Technologien, die dem 802.x-Standard des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) entsprechen, zum Einsatz kommt. Bei einem ordnungsgemäßen Aufbau besteht eine MAC-Adresse aus einer 24 Bit umfassenden Herstellerkennung (Organizationally Unique Identifier, OUI), der ein 24-Bit- oder 40-Bit-Wert folgt, der von dem OUI-Inhaber festgelegt wird. Damit ergibt sich eine 48 Bit umfassende Erweiterungskennung (Extended Unique Identifier, EUI-48) bzw. eine 64 Bit umfassende Erweiterungskennung (EUI-64), die global eindeutig ist.

Zur Gewährleistung der Eindeutigkeit werden die MAC-Adressen von der zum IEEE gehörenden Standards Association Registration Authority (RA) vergeben. Dabei vergibt die IEEE RA keine individuellen MAC-Adressen. Stattdessen stellt sie die MAC-Adressen in drei verschiedenen Blöcken bereit; die eigentlichen Kennungen sind die eindeutigen EUI-Präfixe in drei verschiedenen Längen:

• Ein 24-Bit-Präfix, welcher der Herstellerkennung entspricht; hier kann der Inhaber die vorhandenen 24 Bit zur Erstellung von 2²⁴ (>16 Millionen) eindeutigen MAC-Adressen verwenden
• Ein 28-Bit-Präfix, für 2²⁰ (>1 Million) eindeutige MAC-Adressen
• Ein 36-Bit-Präfix, für 2¹² (4.096) eindeutige MAC-Adressen

Ein weiterer für Entwickler besonders wichtiger Umstand ist, dass nicht jede Halbleiterkomponente, die für den Einsatz in Netzwerk-Interface-Designs vorgesehen ist, über eine global eindeutige EUI-48 oder EUI-64 verfügt. Den Herstellern von Halbleitern ist nämlich bewusst, dass Großabnehmer MAC-Adressen mit ihren eigenen Herstellerkennungen versehen wollen. Auch Komponentenreihen, die laut Spezifikation in den Produktionsteilen eindeutige MAC-Adressen aufweisen, haben diese nicht unbedingt in jenen Teilen, die als Entwicklungsmuster gedacht sind.

All das kann Schwierigkeiten bereiten, wenn es um das Erstellen von Prototypen für komplexe Designs wie IoT-Geräte oder Wearables geht, bei denen ein Großteil der Nutzerfunktionen von einer Netzwerkverbindung abhängt. Bei der Erstellung von Prototypen können Entwickler natürlich eine eigens für diesen Zweck besorgte eindeutige Adresse „recyceln“ oder eine Ad-hoc-MAC-Adresse verwenden, von der sie wissen, dass sie in ihrem Entwicklungsnetzwerk eindeutig ist. Schwierig wird es dann, wenn der Prototyp für weitergehende Integrationtests oder schließlich für die Abnahme durch den Kunden aus dieser Entwicklungsumgebung genommen wird – missglückte Präsentationen und ungelenke Erklärungen können hier das Ergebnis sein.

Bisher konnten Entwickler dem nur entgehen, indem sie das IEEE bezahlten. Wie weiter oben jedoch angemerkt wurde, vergibt das IEEE Adressen nur in Blöcken. Leider kostet selbst der kleinste Block, den die IEEE RA als kleinen MAC-Adressen-Block (MA-S) bezeichnet, einige Hundert Dollar, zu denen noch die indirekten Kosten für die Beantragung und das Warten auf das eindeutige Präfix kommen. Wenn man die Entwicklung zunächst im Verborgenen betreiben und seinen Namen nicht auf der öffentlichen Liste des IEEE wissen möchte, sind jährlich über eintausend Dollar für den MA-S-Block zu zahlen; bei einem größeren Block kommen mehrere Tausend Dollar hinzu. Und von den finanziellen Kosten einmal abgesehen: Wurde die bei der Einholung der Adresse entstehende Verzögerung im Projektplan nicht hinreichend berücksichtigt, ehe die Präsentation außerhalb der Entwicklungsumgebung ansteht, dann hat man ein Problem.

MAC in Flash: Eine gute Idee

Aus diesem Grund sind die Flash-Speicher SST26VF0xxBEU von Microchip Technology auf ihre eigene Weise so innovativ: Anstatt den gesamten Registrierungsprozess durchlaufen zu müssen, können Entwickler eine global eindeutige MAC-Adresse erwerben, da die Speicher einzeln erhältlich sind. Microchip stattet jede Komponente an den Stellen 261H bzw. 268H ihrer branchenüblichen SFDP-Tabelle (Serial Flash Discoverable Parameters) mit einer eindeutigen EUI-48 bzw. EUI-64 aus. Somit müssen die Entwickler lediglich die SFDP auslesen, um der Reihe nach die sechs Achtbitzeichen der EUI-48-Adresse bzw. die acht Achtbitzeichen der EUI-64-Adresse über einen einzelnen SPI-Kanal herauszufinden.

Es ist anzunehmen, dass auch Ihr Design ein gewisses Maß an Flash-Technologie benötigt – und Microchip bietet diese Komponenten in verschiedenen Größen an, darunter den SST26VF064BEU mit 64 Megabyte (MB), den SST26VF032BEU mit 32 MB und den SST26VF016BEU mit 16 MB. Schon vorher hatte Microchip in einigen seiner 2-kbit-EEPROM-Komponenten integrierte MAC-Adressen im Angebot, aber dadurch, dass sie nun auch in hochdichten Flash-Komponenten erhältlich sind, können damit nun sowohl der Materialaufwand als auch der Platzbedarf verringert werden.

Fazit

Global eindeutige MAC-Adressen sind bei den meisten IEEE 802.x-Netzwerktechnologien eine grundlegende Voraussetzung, aber nicht jede Komponente, die für den Zweck der Netzwerkkonnektivität verwendet wird, verfügt über eine solche Adresse. Wenn Sie als Ingenieur oder Maker an Prototypen oder Designs in geringer Stückzahl arbeiten, dann stellen die Flash-Komponenten SST26VF von Microchip Technology mit integrierten MAC-Adressen eine effiziente Alternative zum Kauf von MAC-Adressen in zu großer Anzahl dar. Was meinen Sie? Würden Sie eine solche Komponente verwenden?