【小猫爪】AUTOSAR学习笔记16-Memory Stack之Nvm模块
【小猫爪】AUTOSAR学习笔记16-Memory Stack之Nvm模块
- 前言
- 1 Memory Stack结构
- 2 NvM模块
-
- 2.1 Block
- 2.2 数据结构
- 2.3 Redundant Block
- 2.4 Dataset Block
- 2.5 Read/Write Retry
- 2.7 NvM_GetErrorStatus
- 2.8 与BswM模块的交互
- 3 MemIf模块
- END
前言
这一节开始来介绍一下在AUTOSAR架构中一个非常重要的部分，那就是存储系统，即AUTOSAR的Memory Stack。
1 Memory Stack结构
Memory Stack结构图如下：
再细致一点如下图：
Memory Stack也是非常完整的一个AUTOSAR结构，有服务层的NvM模块，有ECU抽象层的Fee模块和Ea模块，还有MCAL层的驱动。其中NVRAM Manager模块是整个Memory Stack的控制器，它更多的关注于数据本身的，对数据进行校验，读写操作的发起，而根据最终存储器类型的不同，则最终负责数据存储和读写操作的则是Fee模块（FLASH）和Ea模块（EEPROM）。而在MCAL层则根据是内部FLASH，外部FLASH，外部EEPROM的各种情况而灵活变化。
2 NvM模块
NvM 模块位于 Memory Stack 的服务层，实现了对ECU中Non-Volatile数据的统一管理。NvM 模块主要功能如下：
1. 将不同类型的存储器（Flash、EEPROM 等）进行统一管理，提供AUTOSAR 标准服务接口
2. 提供以 Block 为单位的读、写等服务
3. 基于优先级的数据块访问机制，提高用户访问的灵活性和实时性
4. 提供访问任务的队列
5. 工作请求异步处理
6. 提供 CRC 机制，保障数据的一致性
7. 提供数据故障恢复机制
8. 提供任务完成通知机制
2.1 Block
这里的Block可不是FLASH里的那个硬件Block，这里的Block是一种软件层面上的玩意，它是NvM操作的数据基本单元，也就是说，NvM模块里面操作的对象就是Block，所以在AUTOSAR里想要存储数据，那么就要提前给数据分配Block。
NvM 支持三种类型的 Block，分别为：
1. Native Block：最常用的 Block，用于一般数据的管理；
2. Redundant Block：该 Block 支持数据冗余，可用于对一些安全性要求较高的数据进行管理，其实就是可以对其进行备份的Block。
3. Dataset Block：该 Block 支持同一类型的多套数据。用户可以根据当前的运行状态，选择使用多套数据中的一套。
每个 Block，又由以下几个部分组成：
1. NV Block：位于掉电不丢失的设备，如 Flash，用于正常的存储数据；
2. RAM Block：程序运行时，用户的应用程序直接访问的 Block，有点类似于缓存，当条件满足时会将其更新至NV Block。临时 RAM Block：在运行时，用户通过接口将 RAM 的地址传递给 NvM；永久 RAM Block：用户配置给该 Block 的固定的 RAM 地址，运行时不可改变。
3. ROM Block：存储该 Block 的默认值，位于掉电不丢失的设备，当 NV Block 的数据异常时，可恢复为默认值；
4. Administrative Block：管理 Block，一般位于 RAM 中，用于记录和存储程序运行时 Block的状态，如地址、CRC 结果、Block 状态等。Administrative Block 由 NvM 内部实现，不用关心。
不同类型Block的组成情况如下表所示：
| 类型 | NV | RAM | Administrative | ROM |
|---|---|---|---|---|
| NATIVE | 1 | 1 | 1 | 0 ~ 1 |
| REDUNDANT | 2 | 1 | 1 | 0 ~ 1 |
| DATASET | 1 ~ 256 | 1 | 1 | 0 ~ 256 |
此外NvM 内部还会预留 2 个特殊 Block，Block0 和Block_CfgID。其中Block0 不存储任何实际数据信息，仅用于记录 WriteAll 和 ReadAll 的工作结果，Block_CfgID 则用于存储当前内存的配置信息。用户实际使用的 Block 从第 3 个 Block 开始。
在NvM模块的下层模块Fee和Ea模块中，它们的基本数据存储单元也叫做Block，NvM模块的Block数据来源于Fee和Ea的Block，前面提到了NvM的三种Block由若干个NV Block组成，所以这两种Block是一对多的情况。NvM的Block编号叫做Block Handle，Fee和Ea的Block编号叫做Block ID，也就是说APP通过Block Handle来索引NvM的数据，而NvM则是通过Block ID来索引Fee和Block的Block数据。
Block ID 的计算公式：Block ID = (Block Base Num << DataSelectionBits) + DataIndex。其中Block Base Num根据Blocl类型而定（Native，Redundant ，Dataset ），DataSelectionBits和DataIndex根据具体应用情况进行设置。其中当 NvM 调用 MemIf 的接口，访问 Fee 或 Ea 时，传递的 Block 参数为 Block ID。
2.2 数据结构
Block三种组成成分Block的存储数据格式如下：
其中 RAM 和 NV Block，都有可选的 Header 和 CRC 区域。Header 可用于存储 Block 的Block ID 信息，固定占用两个字节的信息，CRC 区域用于存储 Block 的 CRC，根据 CRC 的类型，占用 1、2 或 4 个字节。ROM Block 仅存储默认数据，不存储 Header 和 CRC 内容。用户在读取和写入数据的时候，不需要关心 Header 和 CRC，NVM 模块将自动对 Header 和 CRC进行填充、计算、校验等工作。
2.3 Redundant Block
前面提到了Redundant Block 有 2 个 NV Block，其主要特点包括：
- 在 Write、WriteAll 中，将向 2 个 NV Block 写入同样的数据，只要有其中一个 NV Block写入成功，则写数据成功；
- Erase、Invalidate 工作中，将对 2 个 NV Block 进行操作，只有对 2 个 NV Block 的操作都成功，请求才成功；
- 在 Read、ReadAll 中，将首先读取第一个 NV Block 的数据，如果读取失败，再读取第二个 NV Block 的数据。只要其中一个 NV Block 读取成功，则读数据成功，用户可以使用 RAM Block 中的数据。如果第一个 NV Block 读取成功，则不会再读取第二个 NVBlock 的数据。
2.4 Dataset Block
Dataset Block 可以具备多个 NV Block 和 ROM Block，具体的数量限制与用户配置的NVM_DATASET_SELECTION_BITS 有关系。
假设 NVM_DATASET_SELECTION_BITS 为 n，n 小于等于 8。则 NV Block 的个数范围为0 ~ 2^n，而 ROM Block 的个数范围为 0 ~（256-2^n），NV Block 的个数与 ROM Block 的个数总和不能超过 2^n。
在访问 Dataset 类型的 Block 之前，必须先调用 NvM_SetDataIndex 设置目标的 DataIndex，DataIndex 的范围必须注意下述条件：1. DataIndex 不超过 NV 和 ROM Block 的总和；2. 假设配置了 m 个 NV Blocks，n 个 ROM Blocks，则 0 ~ (m-1)是 NV Block 的 Index 范围，m ~ (m+n-1)是 ROM Block 的 Index 范围。
2.5 Read/Write Retry
在 Write 和 WriteAll 请求执行过程中，若对某个 Block 的写入失败，且该 Block 配置的写重试次数不为 0，则 NVM 会再次尝试对该 Block 进行写入，直到尝试次数超过用户配置的Retry次数阈值。
&emsp在 Read 和 ReadAll 请求执行过程中，若对某个 Block 的读取失败，且该 Block 配置的读重试次数不为 0，则 NVM 会再次尝试对该 Block 进行读取，直到尝试次数超过用户配置的Retry次数阈值。
2.7 NvM_GetErrorStatus
NvM_GetErrorStatus是一个经常被使用到的函数，通过调用这个函数可以获取当去NvM模块的当前状态，具体如下：
| 请求结果 | 描述 |
|---|---|
| NVM_REQ_OK | 默认状态，上一次工作成功完成。 |
| NVM_REQ_NOT_OK | 1. 任意请求中，调用下层 MemIf 接口返回 E_NOT_OK，或下层请求结果为 MEMIF_JOB_FAILED。 2. 在 WriteAll 和 ReadAll 中，如果有任意一个 Block 的执行结果不是非错误结 果 之 一 ， 则 WriteAll 和 ReadAll 的 结 果 为NVM_REQ_NOT_OK。 3. 对于使能了同步镜像机制的 Block，如果调用同步回调函数返回E_NOT_OK ， 且 错 误 次 数 超 过 限 制 ， 则 也 会 上 报 该NVM_REQ_NOT_OK。 |
| NVM_REQ_PENDING | 工作处于队列中，或正在执行。 |
| NVM_REQ_INTEGRITY_FAILED | Read 或 ReadAll 中，检测到下述情况，且无隐性恢复默认数据：1. CRC 校验失败;2. 下层请求结果为 MEMIF_BLOCK_INCONSISTENT |
| NVM_REQ_BLOCK_SKIPPED | 在 ReadAll 或 WriteAll 或 ValidateAll 中，该 Block 被跳过。 |
| NVM_REQ_NV_INVALIDATED | Read 或 ReadAll 中，下层请求结果为 MEMIF_BLOCK_INVALID。如果读取冗余 Block，该结果表明两个 NV Block 读取的结果均为MEMIF_BLOCK_INVALID。 |
| NVM_REQ_CANCELLED | 1. 调用 NvM_CancelJobs 被取消的 Block;2. 调用 NvM_CancelWriteAll 被取消的 Block;3. 任意请求执行过程中 ， 下层请求结果为NVM_REQ_CANCELLED. |
| NVM_REQ_REDUNDANCY_FAILED | 未使用。 |
| NVM_REQ_RESTORED_FROM_ROM | Block 恢复了默认数据，包括隐性和显性恢复。 |
| NVM_REQ_BUSYING | 未使用。 |
| NVM_REQ_WRONGID | Read 或 ReadAll 中，BlockID 检查失败，且无隐性恢复默认数据。 |
| NVM_REQ_MIRROR_OP_FAILED | 未使用。 |
| NVM_REQ_VERIFY_FAILED | Write 或 WriteAll 中，数据回读校验失败。 |
| NVM_REQ_CFGID_MISMATCH | 未使用。 |
2.8 与BswM模块的交互
在前面介绍BswM模块中提到了，BSW层模块可以给BswM模块发送Mode Request和Mode Indication，而NvM模块则可以在下面情况下去给BswM模块发送Mode Indication：
1. 当 SingleJob 进入队列时，调用 BswM_NvM_CurrentBlockMode（Pending）；
2. 当 SingleJob 工作结束时，调用 BswM_NvM_CurrentBlockMode，状态由本次工作的结果决定；
3. 当 SingleJob 工作被取消时，调用 BswM_NvM_CurrentBlockMode（Cancel）；
4. 当 MultiJob 进入队列时，调用 BswM_NvM_CurrentJobMode（Pending）；
5. 当 MultiJob 工作结束时，调用 BswM_NvM_CurrentJobMode，状态由本次工作的结果决定；
6. 当 WriteAll 工作被取消时，调用 BswM_NvM_CurrentJobMode（Cancel）。
3 MemIf模块
上面提到了一个NvM模块Block会对应一个或者多个Fee和Ea模块Block，而MemIf模块就是将这两种位于不同层的Block对应起来，即实现Block Handle和Block ID的对应关系。在这里就不多做介绍了，非常简单。
END
补充1：除了以上简单介绍的几大点，NvM模块还有一大堆的细节，大家如果想更深入了解NvM模块，请参考AUTOSAR官方文档《AUTOSAR_SWS_NVRAMManager.pdf》。
补充2：除了以上简单介绍的几大点，MemIf模块还有一大堆的细节，大家如果想更深入了解MemIf模块，请参考AUTOSAR官方文档《AUTOSAR_SWS_MemoryAbstractionInterface.pdf》。