4. 星载存储介质与掉电特性
星载计算机的掉电恢复能力，首先取决于数据“存在哪里”。不同存储介质在断电后的数据保持机理完全不同：有的靠持续供电维持电荷，有的靠磁矩或铁电畴的物理取向保存信息，有的则把电荷锁在浮栅中。理解这些差异，才能在设计时正确划分“掉电即失”“掉电可保”“写中易损”三类数据，并为它们选择匹配的介质与保护策略。
一、易失与保持：先分清“断电后还剩什么”
SRAM 是星载计算机中最常见的易失存储器，常用作 CPU 缓存、寄存器堆和关键运行变量区。它的每个存储单元由 6 个晶体管构成双稳态锁存结构，只要供电存在，数据就稳定保持；一旦断电，锁存状态迅速消失，通常在毫秒级内完全丢失。因此 SRAM 中的内容必须依靠外部备份机制（如 FRAM、MRAM 或 Flash）在掉电瞬间转存，否则无法恢复。
与之相对，MRAM、FRAM、EEPROM 和 Flash 都属于非易失存储器，但它们的“非易失”程度和写入代价差别很大。MRAM 利用磁性隧道结的磁化方向存储数据，写入靠电流翻转磁矩，理论上可承受 10^14 次以上写入，且断电后数据保持十年以上，适合做频繁更新的状态区。FRAM 利用铁电晶体的极化方向存储数据，写入功耗低、速度快，耐久性可达 10^12 次以上，常被用作掉电瞬间的“最后写入缓冲区”。
二、写操作中断：真正的风险窗口
非易失并不等于“写的时候断电也安全”。对 EEPROM 和 NAND/NOR Flash 而言，写入（编程）和擦除需要较高的内部电压和较长的操作时间。以 NOR Flash 为例，单字编程约几十微秒，扇区擦除可能达到数百毫秒；NAND Flash 的页编程约 200～700 微秒，块擦除约 1～4 毫秒。如果在这些操作进行到一半时掉电，存储单元可能停留在中间阈值状态，导致读出数据既不是旧值也不是新值，甚至整页校验失败。
更隐蔽的风险是“元数据与数据不一致”。例如系统先写数据页、再更新索引表，若在两步之间掉电，索引可能指向尚未写完的页。因此工程上通常采用“先写新数据到空闲区，再原子更新指针”的顺序，并配合 CRC 校验识别半写页。EEPROM 虽然可以按字节写入，但单字节写入仍需约 5～10 毫秒，期间掉电同样可能破坏该字节及相邻字节。
三、介质特性对比与选型依据
下表汇总了常见星载存储介质的关键参数。需要说明的是，表中数值为典型量级示例，实际选型应以具体器件手册为准。
| 介质 | 掉电保持 | 写入耐久性 | 写操作中断风险 | 典型用途 |
|---|---|---|---|---|
| SRAM | 无（毫秒级丢失） | 无限 | 不适用（断电即失） | 运行变量、缓存 |
| MRAM | 10 年以上 | 约 10^14 次 | 低，写入原子性较好 | 频繁更新的状态区 |
| FRAM | 10 年以上 | 约 10^12 次 | 低，写入快且功耗小 | 掉电瞬间转存缓冲 |
| NOR Flash | 10～20 年 | 约 10^5 次 | 中高，擦除耗时长 | 程序代码、常量表 |
| NAND Flash | 10 年量级 | 约 10^3～10^4 次 | 高，页/块操作易半写 | 大容量日志、遥测数据 |
| EEPROM | 40 年以上 | 约 10^6 次 | 中，字节写入有窗口 | 小参数、校准系数 |
四、从介质特性到掉电保护设计
基于上述差异，星载软件通常把数据分为三类并分别处理。第一类是“掉电即失”的 SRAM 运行态，需要在检测到掉电中断后，利用储能电容提供的几毫秒至几十毫秒窗口，把关键变量批量写入 FRAM 或 MRAM。第二类是“掉电可保但写中易损”的 Flash 数据，采用日志结构或双副本加 CRC，确保任何时刻至少有一份完整数据。第三类是“长期不变”的代码和常量，存放在 NOR Flash 中，仅在轨升级时改写，并保留回滚镜像。
一个可参考的示例参数是：假设掉电检测到储能电容可维持 20 毫秒，FRAM 写入 256 字节关键状态约需 2 毫秒，则剩余约 18 毫秒可用于关闭外设和记录掉电时间戳。若改用 EEPROM，同样 256 字节按每字节 8 毫秒计算需要约 2 秒，远超电容支撑时间，因此 EEPROM 不适合做掉电瞬间的大批量转存，只适合存放少量校准参数。
从图中可以直观看到：FRAM 和 MRAM 的写入耗时远小于储能电容支撑窗口，适合承担掉电瞬间的关键状态转存；而 EEPROM 和 Flash 的写入耗时可能超出窗口，必须依靠日志、双副本和 CRC 来保证可恢复性。选型的核心不是追求“最快”或“最便宜”，而是让介质的写入时间、耐久性和保持能力与数据更新频率、掉电保护窗口相匹配。