Autosar存储(上)NvM模块介绍

myhomer

1 存储栈涉及模块介绍



Autosar存储模块框图
在autosar中存储栈涉及到的模块为NVRAM、MemIf、FEE、Flash和Ea、EEProm。其中NVRAM属于最上层，它负责向其他有存储需求的模块提供存储和读取数据的服务，它不关心下边的存储介质是用单片机自身的DFlash模拟的EEProm还是挂载在外部的EEProm来存储，而这个是由MemIf来完成的。MemIf是内存接口层，它通过对Fee或者EA的抽象从而向NvM模块提供一个统一的存储接口，它向NvM模块提供在标准线性地址空间的虚拟化的段。Fee负责对单片机DFlash模拟的EEProm进行管理，如考虑到DFLASH的擦写寿命，对其进行换页等策略。Flash就是单片机的DFlash了，这是真正存储数据的地方。DFlash擦除的单位为扇区(扇区大小根据单片机不同而不同，单位为kbytes)，写数据的单位一般为字节。EA和EEP就是通过I2C或者SPI等外挂在MCU上的真正的EEProm。这种EEPRom相比较DFlash模拟的EEProm而言，可以按字节来擦写,但是会增加成本。

2 NvM介绍

2.1 初始化
NvM在上电后先在EcuM模块中进行初始化(NvM_Init)，但是考虑到操作Flash比较费时，而车载对上电时间要求很严格，因此NvM_Init只做内部变量的初始化，初始化NVMRAM blcok的管理数据和读取所有的DFlash的数据(NvM_ReadAll)是在BswM模块完成的。
2.2 下电
在下电时通过调用NvM_WriteAll函数来存储所有RAM中的数据(已在<<EcuM功能分析及实现(中)之SHUTDOWN>>一文中对下电流程进行过分析)。
2.3 运行过程与APP的交互
与App的交互(App调用NvM_Write或者NvM_Read函数)支持两种模式：隐式同步(implicit synchronization)和显示同步(explicit synchronization).
2.3.1 隐式同步



隐式同步机制
写数据流程(读数据类似)：1 应用向RAM中写入数据；2 应用调用NvM_WriteBlock/NvM_WritePRAMBlock函数来请求向NVm模块传输数据；3 从发出请求起到NvM模块通过NvM_MainFunction写入数据前，应用不能修改RAM的值；4 应用可以通过NvM_GetErrorStatus函数来轮询读/写的状态(在异步模式下可以通过回调函数获取结果状态)；5 在NvM模块操作完成后，应用就可以更改RAM的值了。当多个应用使用同一个RAM块时，RAM中数据的一致性由应用来保证(NvM模块不负责)。在这种情况下，当一个应用向NvM模块发出读或者写的请求后，直到NvM操作完成前，其他应用也不能修改RAM中的值。
2.3.2 显示同步



写数据流程(读数据类似)：1 应用向RAM中写入数据；2 应用调用NvM_WriteBlock/NvM_WritePRAMBlock函数来请求向NVm模块传输数据；3 在NvM模块调用NvMWriteRamBlockToNvM函数前应用都可以修改RAM中的数据；4 在NvM模块调用NvMWriteRamBlockToNvM函数时，应用在这个回调函数中把RAM Block中的数据拷贝到RAM Mirror中(用户来实现)，这个过程需要保证即将写入NVM模块的RAM Mirror中的数据的一致性(这个过程可用resource来实现加锁,resource相关见<<AUTOSAR OS之Resource和Spinlock>>);5 拷贝数据完成后，应用就可以再次读写RAM Block中的值了;6 应用可以用轮询的方式获取NvM的操作结果(异步也可以用回调函数的方式通知APP操作结果)。从上可以看出，显式同步时应用知道什么时候可以改变RAM中的值，而隐式同步必须通过读取NvM的状态来得知什么时候可以使用RAM，但显示同步比隐式多使用了一块RAM(Mirror RAM).2.4 块编号的映射关系Flash EEPROM Emulation (FEE)模块向上提供一个32位的虚拟线性地址。这个32位的地址由两部分组成：16位的块号(block number,最多允许65535个块)和16位的块偏移(block offset，FeeBlockSize，每块最大达到64KByte),NvM模块又将上述16位的块编号(block number)进一步划分为： NV block的基编号(base number，长度由NVM_DATASET_SELECTION_BITS配置)和数据索引(data index,长度由NVM_DATASET_SELECTION_BITS配置)。2.4.1 NvM BlockNumber到Fee/EABlock Number引用autosar中的例子来说明计算关系，在例子中FEE/EA Block Number根据NvM中配置项的值和以下公式来计算。


假如NvMDatasetSelectionBits配置为2，那么NvMNvBlockBaseNumber的长度就为14位，因此NvMNvBlockBaseNumber的范围就是：0x1-0x3FFE,data index的范围为:0x0-0x3,FEE/EA BlockNumber的范围就是: 0x4-0xFFFB.
1 如果NvMBlockManagementType配置NATIVE，假如此时NvmBlockBaseNumber为2，那么它对应的FEE/EA Block Number就是8；

2 如果NvMBlockManagementType配置为NVM_BLOCK_REDUNDANT，假如NvmBlockBaseNumber为3，那么第一个NV块对应的FEE/EABlock Number为12，第二个NV块对应的FEE/EA Block Number为13；

3 如果NvMBlockManagementType配置为NVM_BLOCK_DATASET，假如NvmBlockBaseNumber为4，NvMNvBlockNum为3，NVblock #0 with data index 0对应的FEE/EA Block Number为16，NV block #1 with data index 1对应的FEE/EA Block Number为17，NV block #2 with data index 2对应的FEE/EA BlockNumber为18.
2.4.2 Fee Block Number到Flash的块(写单位)编号地址对齐的大小是由FeeVirtualPageSize选项配置的。举例说明虚拟地址到物理地址的映射。假如FeeVirtualPageSize配置为8，逻辑块1(Block1)的大小为32字节，逻辑块2(Block2)的大小为100字节，逻辑块3(block3)的大小为38字节。


虚拟内存与物理内存的分布对应图
1 那么对应的Flash中第一个块的大小为32字节，Flash中的logicalblock number 2、3、4都被第一个块所占用(32/8=4，占用了4个pages)；2 第二个块实际上对应的block number就从5开始，长度为100byte，占用(ceil(100,8))，13个page，地址是8字节对齐的，因此13*8-100=4字节残留；3 同理，第三个逻辑块的block number从17开始，占5page，有2个bytes残留。