AUTOSAR —— NVM 5：數據處理機制

本文根據AUTOSAR4.4（Classic Platform）（https://www.autosar.org/standards/classic-platform/classic-platform-440/）標準中的 ：

AUTOSAR_EXP_NVDataHandling.pdf

文章整理。僅爲個人理解，不當之處，還請指正，感謝！

 

目錄

1 Acronyms and abbreviations

2 NvM Stack Overview​

3 支持的同步機制（Synchronization Mechanism）

3.1 Implicit synchronization

3.2 Explicit synchronization

4. 其他機制

4.1 CRC 機制

4.2 錯誤恢復

4.2.1 對於 Read 操作的錯誤恢復機制

4.2.2 對於 Write 操作的錯誤恢復機制

4.3 寫驗證

4.4 NvMSetRamBlockStatusApi

4.4.1 During startup phase (NvM_ReadAll)

4.4.2 During shutdown phase (NvM_WriteAll)

4.5 Resistant to changed software

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1 Acronyms and abbreviations

Abbreviation / Acronym:	Description:
NvM	NVRAM Manager
NV	Non-volatile
NVRAM	Non-volatile Random Access Memory
NVRAM Block	The NVRAM Block is the entire structure, which is needed to administrate and to store a block of NV data.
NV Block	The NV Block is a Basic Storage Object. It represents the part of a “NVRAM Block” which resides in the NV memory
RAM Block	The RAM Block is a Basic Storage Object. It represents the part of a “NVRAM Block” which resides in the RAM.
RAM Mirror	RAM mirrors are NvM internal buffer used for operations that read and write the RAM block of NVRAM blocks with NvMBlockUseSyncMechanism set TRUE.
ROM Block	The ROM Block is a Basic Storage Object. It represents the part of a “NVRAM Block” which resides in the ROM.
ROM	Read-Only Memory
RTE	Runtime Environment
SW-C	Software Component
App	Application
RTE	Run Time Environment

 

2 NvM Stack Overview

上圖同時展示了整個 NvM Stack 的構成。

如上圖所示，AUTOSAR規定，App只能通過NvM（NVRAM Manager）來訪問NV Memory（比如FLASH）。

 

3 支持的同步機制（Synchronization Mechanism）

 

根據App對NvM Block‘’s RAM的訪問方式，數據同步機制可以分爲兩種：

1. 隱式同步（Implicit synchronization）
2. 顯示同步（Explicit synchronization）

3.1 Implicit synchronization

AUTOSAR規範：在隱式同步機制下，一個NvM Block的 RAM 被映射到一個固定的 SWC，不建議共享RAM。 每當SW-C使用RAM block（temporary/permanent）訪問NVRAM時，都必須確保RAM塊的數據一致性，直到NvM完成正在進行的操作爲止。

說人話：

在隱式同步機制下，RAM block 和 SWC 之間是一一對應的關係，其他SWC不能訪問該RAM。SWC要保持數據的一致性是說，從SWC調用NvM接口到NvM內部操作完成前，SWC不能再改變該RAM中的值。但是該RAM可以被read。

補充（個人理解）：

temporary RAM：一般指局部變量；

permanent RAM：一般指全局變量。

使用隱式同步機制時分參考步驟：

3.2 Explicit synchronization
 

AUTOSAR 規範：在顯式同步中，NvM會定義一個RAM mirror，用於與App的RAM block交換數據。 App將數據寫入RAM block，然後調用NvM Write API（NvM_WriteBlock / NvM_WritePRAMBlock）。 NvM 調用API(NvMWriteRamBlockToNvM)將數據從 RAM Block 拷貝到RAM Mirror，進而寫入 NV Block。

 

顯示同步的優點：

1. App可以更好地管理自己的RAM block。在App調用NvM_WriteBlock / NvM_WritePRAMBlock 到NvM 調用NvMWriteRamBlockToNvM（）這段期間，App仍然可以修改RAM block中的數據。
2. 幾個SWC可以共享一個NvM Block；

 

顯示同步的缺點：

1.  浪費內存：除了RAM block，又多了一個RAM Mirror（additional RAM），且RMA Mirror需要和使用顯示同步機制的最大的NvM Block 具有相同的大小；
2. 多了一步RAM間的拷貝操作：即多了RAM block 和 RAM mirror之間的拷貝操作；

 

4. 其他機制

4.1 CRC 機制

NvM模塊內部使用CRC生成例程（8/16/32bit）來對 NvM Block 進行相關的檢查。當然是否使用CRC是可以配置的。NvM模塊內的配置選項爲 NvMBlockUseCRCCompMechanism，啓用後，如果將要寫入的數據（即RAM中的數據）沒有改變，則NvM寫入請求會被跳過。 基於此，使用CRC的風險在於：如果RAM中的數據內容改變了，但是改變前後計算得出的CRC一致，就會導致數據無法正常寫入。因此，此選項應僅用於可以容忍此風險的 NvM Block 。

 

4.2 錯誤恢復

4.2.1 對於 Read 操作的錯誤恢復機制

1. 隱式錯誤恢復：

NvM 模塊對於 Native 和 Redundant 類型的NvM Block 的 Read 操作提供隱式的錯誤恢復機制，即如果配置了 NvMRomBlockDataAddress 或者NvMInitBlockCallback，則加載對應的默認數據。

 

2. 顯示錯誤恢復：

對於任何管理類型（NATIVE，Redundant，dataset）的NvM Block，如果其配置了ROM數據，都可以使用顯示數據恢復機制來恢復數據，方法是調用 NvM_RestoreBlockDefaults（）這個API。當然，對於 Dataset類型的NvM block，在調用API之前必須設置相應的Index（指向ROM Block）。
 

3. 其他

NvM 模塊對於Redundant 類型的NvM Block 的 Read 操作還提供一種錯誤恢復機制，即將默認數據加載到RAM中。

 

4.2.2 對於 Write 操作的錯誤恢復機制

即重新重寫寫操作，不區分NvM Block的管理類型。

4.3 寫驗證

寫驗證即爲，將RAM block中的數據寫入NV block後，立刻將其回讀並與RAM Block的原數據內容做比較，如果比較結果不一致：則再次執行寫操作，如果啓用DET，則同時迴向DEM模塊報告錯誤 NVM_E_VERIFY_FAILED；

如果回讀比較失敗，則不會再次執行讀操作。

 

4.4 NvMSetRamBlockStatusApi

4.4.1 During startup phase (NvM_ReadAll)

對於某些NVRAM塊，可能需要保留相應RAM塊的數據內容，以免其在NvM_ReadAll() 期間被覆蓋，尤其是在NV塊中的數據早於RAM塊中的數據的場景下（例如當RAM中的數據尚未寫入NV block時發生了熱復位）。 在這種情況下，必須將RAM block分配在復位安全（non-initialized）的RAM區域中，並且必須將配置參數CalcRamBlockCrc==TRUE 和 NvMSetRamBlockStatusApi==TRUE。（·CalcRamBlockCrc==TRUE，意味着相應的NV塊也具有/具有 CRC配置）

每當RAM中的數據發生變化時都需要調用NvM_SetRamBlockStatus（blockID，TRUE），NvM 模塊會重新計算RAM中的CRC並將其存儲在一個內部變量（該變量存儲在 reset-fase 區域）。當然前提 NVRAM Block 配置了PIM或啓用顯示同步機制。

在ReadAll（）期間，會重新計算RAM的CRC，如果計算得出的CRC和之前存儲的CRC一致，則RAM block的內容不會改變。如果不一致，則會將NV Block中的值讀到RAM中（即RAM會重寫），如果讀失敗，則會將使用默認數據恢復RAM（即將ROM中的值讀到RAM中或者調用InitBlock ）

4.4.2 During shutdown phase (NvM_WriteAll)

如果 NvMSetRamBlockStatusApi == FALSE，則 NvM_WriteAll() 會將所有 NVRAM Block 的RAM的內容拷貝到 NV Block中。當然前提是的這些 NVRAM Block 的要求配置： NvMSelectBlockForWriteAll ==TRUE 並且 配置了NvMRamBlockDataAddress 或者使用顯示同步機制。

當然，爲了提高 NvM_WriteAll() 的速度，我們可以將那些只有 RAM Block的內容發生變化的 NVRAM Block寫到 NV Memory中，這就需要配置 NvMSetRamBlockStatusApi==TRUE。這種場景下，每當 RAM中的內容發生變化時，用戶就需要調用 NvM_SetRamBlockStatus（BlockID， TRUE），從而告訴 NvM 模塊在 NvM_WriteAll（）時要處理該 NVRAM Block。

 

4.5 Resistant to changed software

NvM 模塊的 start-up（即NvM_ReadAll() 的處理過程）行爲受2個配置參數 NvMDynamicConfiguration 和 NvMResistantToChang 的影響。

在ECU項目中，如果如何處理NVRAM block的配置變更並不重要，則必須配置參數 NvMDynamicConfiguration==FALSE。對於每個NVRAM Block 的配置參數NvMCalcRamBlockCrc：

1. NvMCalcRamBlockCrc == FALSE，直接檢查NV block 的有效性（validty）。 如果檢測結果爲：
   1. NV Block有效，則將NV block中的數據加載到 其對應的RAM Block。
   2. NV Block無效，則將默認數據加載到RAM中（默認數據通過參數NvMRomBlockDataAddress或參數NvMInitBlockCallback進行配置）。
2. NvMCalcRamBlockCrc == TRUE ，NvM首先檢查其 RAM block 的有效性（validty）。 如果檢測結果爲：
   1. RAM block內容有效，不再檢查NV block 的有效性，也不再從NV Block加載數據。
   2. RAM block內容無效，則繼續檢查NV block 的有效性。 如果：
      1. NV Block無效，則將默認數據加載到RAM中（默認數據通過參數NvMRomBlockDataAddress或參數NvMInitBlockCallback進行配置）。
      2. NV Block有效，則將NV block中的數據加載到 其對應的RAM Block。

如果更改了NVRAM block 的配置，而已經存儲在NV memory（比如FLASH）中的 NV block 仍與舊配置相對應，則在NvM_ReadAll（）過程中可能會出現嚴重問題。 例如，當添加新的NVRAM塊時，許多其他塊的標識符可能會隱式更改，這可能導致從NV存儲器讀取錯誤的數據。

在這種情況下，可以配置NvM模塊，使其不使用NV memory 中的數據初始化RAM block。即配置參數 NvMDynamicConfiguration == TRUE。 這時候集成商要修改配置參數NvmCompiledConfigID 從而告訴 NvM模塊 NVRAM配置已經更改。 NvM模塊使用單獨的NVRAM block 將 NvmCompiledConfigID 的值存儲在NV memory中。 每次執行啓動過程（NvM_ReadAll）時，NvM模塊都會將存儲在NV memory中的值與配置參數NvmCompiledConfigID的值進行比較。 如果兩個值不相同，則NV memory 中的值將在下一個shutdown過程（NvM_WriteAll）中被新的配置值所覆蓋。

在這種情況下，NvM 在 NvM_ReadAll（）過程中會根據配置參數 NvMResistantToChangedSw 來決定如何初始化 NVRAM Blocks：

1. NvMResistantToChangedSw == FALSE：不管 RAM Block是否有效，都將忽略NV Block中的值，使用默認數據（ROM或InitBlockCallback）加載RAM Block，則必須配置 ；
2. NvMResistantToChangedSw == TRUE：必須將 NV Block中的數據加載到RAM中，即便是在配置變更的情況下。如此，NvM模塊會像沒有發生配置變更一樣處理 NvM_ReadAll（）。

因此，一旦將某個 NVRAM Block 配置爲  NvMResistantToChangedSw == TRUE，則集成商必須確保在ECU的整個生命週期內不得更改以下配置參數，否則可能將無法成功地從NV memory 中恢復數據：

•  NvMResistantToChangedSw (must not be changed from TRUE to FALSE)
•  ShortName
•  NvMBlockUseCrc
•  NvmBlockCrcType (if NvMBlockUseCrc is set to TRUE)
•  NvMStaticBlockIDCheck
•  NvmNvramDeviceId
•  NvmBlockManagementType
•  NvmNvBlockLength
•  NvmNvBlockBaseNumber
   

注意：根據所使用的NvM，Fee和Ea模塊的具體實現，可能會施加其他約束。 請參考相應的用戶手冊。

 

總結一下：

NvMNvM_ReadAll（）的過程如下：

1. 首先檢查NvmCompiledConfigID，看從NV Block中讀出的ID和現在配置的ID（RAM中）是否一致：
   1. 一致，認爲沒有發生配置變更，正常加載所有NVRAM Block。
   2. 不一致，認爲發生了配置變更，首先檢查配置參數 NvMDynamicConfiguration：
      1. NvMDynamicConfiguration == FALSE，配置已變更，不會讀取NV Block中的值到RAM，使用默認數據（ROM或InitBlockCallback）加載RAM Block（具體過程待定，要結合NvM模塊的具體實現）；
      2. NvMDynamicConfiguration==TRUE，對於每一個 NVRAM Block，查看參數 NvMResistantToChangedSw：
         1. NvMResistantToChangedSw == FALSE，不管 RAM Block是否有效，都將忽略NV Block中的值，使用默認數據（ROM或InitBlockCallback）加載RAM Block；
         2. NvMResistantToChangedSw == TRUE，將 NV Block中的數據加載到RAM中，NvM模塊會像沒有發生配置變更一樣處理 NvM_ReadAll（）。