AutoSAR配置与实践(深入篇)7.5 NVM架构、存储形式及隐式显式同步

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NVM架构、存储形式及隐式显式同步

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一、NvM在AUTOSAR中架构中的位置

NvM 处于BSW中的Service层,具体的Memory Service协议栈分层如下

  1. Memory Service(NvM)
  2. Memory Hardware Abstraction(Memory If和Fee/Ea)
  3. Memory Driver(Fls/Eep驱动)

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二、NVM与外部交互

autosar nvm,AutoSAR配置和实践,mcu,单片机NvM模块与其他模块主要交互业务简介:

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三、NVM 内部各层交互介绍

autosar nvm,AutoSAR配置和实践,mcu,单片机模块简介:

NVM: 全称NVRAM Manager ,存储服务管理模块。主要提供抽象数据存储,在上电读取下电存储数据,支持Immediately存储数据,将 NV data在ROM和RAM之间建立关联。

MEMIF: 全称Memory Abstraction Interface,存储抽象接口模块。实现存储数据Block在内部Flash或者外部EEP的分离操作。

FEE: 全称Flash EEPROM EMULATION,FLASH模拟模块。FEE实现对Flash的数据Block的抽象和动态数据的Layout。

FLS: 全称Flash Driver模块,主要提供操作Flash的接口。

EA: 全称EEPROM Abstraction,EEPROM抽象模块。定义外部EEPROM的存储抽象和数据的Layout;

EEP: 全称External EEPROM Driver模块。提供外部EEPROM的操作接口和驱动。

内部交互数据流:

Nvm通过MemIf_Read和MemIf_Write实现内部Flash或者外部EEP的读写操作。

当选用内部FLASH时候,数据流如下:

NVM—>MemIF—>FEE—>FLS---->Internal Flash访问路径(图中红色分支)
a) MemIf调用Fee_Read/Fee_Write接口实现对FEE模块操作,访问Flash前实现对Flash的数据Block的抽象;

b) FEE模块调用Fls_Read/Fls_Write接口实现对Flash的读写操作。

c) FlS 模块驱动模块与内部Flash硬件交互。

当选用外部EEPROM时候,数据流如下:

NVM—>MemIF—>EA—>EEP---->External EEPROM 访问路径(图中绿色分支)
A. MemIf调用EA(外部EEPROM的存储抽象接口)访问EEPROM前实现对EEPROM的数据Block的抽象;

B. EA模块调用External EEPROM Driver模块实现对外部EEPROM的读写操作。

C. EEP 模块驱动模块与外部EEPROM硬件交互。

四、NvM Basic storage objects & NvM Block 类型

4.1 NvM 基本存储对象(Basic storage objects)分类

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基本存储对象归属结构图

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已经有了NV BLock那么还要RAM Block做啥?

基本存储对象说直白点就是存储形态,就是数据以什么样的形式存放的,是存在RAM里还是ROM中还是NV空间。

有同学说了,如果已经有了NV BLock那么还要RAM Block做啥,RAM Block的作用是在写入NV Block前,用户可以将数据先写到RAM Block中,再最终写入到NV BLOCK里面。
写入场景有时用户想在休眠时写入,有时用户想在特定周期延迟后写入,针对以上需求,RAM BLOCK可以较好满足用户需求。

读取时候类似的道理,先把数据从NV Block读到RAM中,所有用户可以通过RAM统一获取数据,而不是每次都从NV Block读取(耗费时间)

4.2 NvM Block 类型

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Native Block:

标准的块类型 ,是最常见的Block形式;

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其中Nv block Header和CRC都是可选配置。

NV Block Header
存储Static Block ID信息, 只有配置Check Static Block ID的功能, Header才会存在。

NV BLOCK CRC
如果配置了CRC check 功能,则CRC部分才会存在。

Redundant NVRAM block:

通过该类型可以实现数据的冗余备份存储。
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如有一份数据错了,可以用备份的那块

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此类型旨在增加数据的可用性,以防出现错误,即不打算提供额外的错误检测。
主要的焦点在于写中止,特别是由于欠压条件而复位.用户数据在NV区存储两次。
NVM依赖于底层(FEE/EA)对写访问中止的检测,即使在写访问中止的情况下,也能确保可读数据块仍然是可读的。

Dataset NVRAM:

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多个相等的数据块组成,每个数据块是独立的BLOCK

1.可通过Administrative Blocks获得获取对应数据块的index (NvM_GetDataIndex()和NVM_SetDataIndex)

2.此存储方式便于配置管理。如有多个variant Block存储数据含义相同,但是不同Variant数值有差异。

4.3 永久和非永久RAM块

永久RAM块:

RAM块的地址是固定的, 存储在NVM的配置中。可以由一个应用程序访问NV块,也可以让多个应用程序访问同一个NV块。

非永久RAM块:

每个应用程序使用自己的RAM块。在这种情况下,RAM块称为非永久性块。由于RAM地址没有被存储(并且可能变化),因此必须给出一个指针来读写非永久块。

五、NVM 同步机制: 隐式同步和显式同步

5.1 隐式同步和显式同步简要介绍

在NvM对数据的操作过程中存在两种同步机制,隐式同步和显式同步。

隐式同步简介:

  • APP中直接调用NVM的接口对数据进行操作,此种方式不推荐使用共享的RAM Block操作,在NVM中确保RAM Block数据的一致性(主要同步CRC机制实现)。
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    显式同步简介:

  • NVM定义了一个RAM Mirror用于和APP进行数据交换,APP调用NvM_WriteBlock的时候写数据到RAM Block中,此时数据仍然可以被修改。

  • 因为数据还没有写到最终的Nv Block,调用NVM数据操作NvMWriteRamBlockToNvM的时候数据被Copy到内部的Mirror中,最后将数据写到Nv Block。

  • NVM在读的时候调用API从NvM_ReadBlock读取数据,在NvM调用了NvMReadRamBlockFromNvM后数据才真正的从RAM Mirror中Copy到了RAM Block。NvM提供了双向的控制Callback的路由,实现APP数据的传输。
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5.2 隐式同步和显式同步执行流程详解

隐式同步 SWC写入(读)数据流程如下:

  1. 应用SWC 通过RTE调用NV Interface类型接口触发NvSwc请求进行写(读)操作事件,传递RAMBlock参数给NVM用户数据写入(或从NVM读取)。

  2. NvSwc调用 NvM_WriteBlock((或NvM_ReadBlock)) ,请求把RAM Block中的数据写入 NvBlock(或从NvBlock读取)。

  3. 从发起请求开始,到NvM模块读写完成为止,其他SWC不能更改RAM Block中的值,(虽可读取,为便于管理此期间一般禁止其他SWC读写操作)

  4. SWC可以用轮询的方式周期性检查NvM写入(读取)操作是否完成,NvM也可以用回调函数的方式来通知SWC操作完成。

  5. 当NvM操作完成后,各SWC即可再次对Block进行读写操作了。

显式同步写入(读)流程如下:

  1. 应用SWC 通过RTE调用NV Interface类型接口触发NvSwc进行写(读)操作事件,若为写操作同时将数据传给RAMBlock。

  2. NvSWC检测到写(读)操作事件,调用NvM_WriteBlock(或NvM_ReadBlock),发起一个写入(读)数据请求。读写函数数据指针为空,目的是发起一个写入(读)数据的请求。

  3. NvM模块检测到读写数据请求会调用Write Ram Block To Nv Callback(或Read Ram Block From Nv Callback)这里配置的回调函数,在调用这个回调函数之前APP都可以修改RAM Block中的值。在Write回调中,
    将用户Ram到NVM的mirror RAM(read则方向相反),进而调用NVM底层协议栈完成真正写操作(Read操作理解应为先执行协议栈再Copy数据)。

  4. NvM模块调用读写Callback时,NV Block状态自动置为Busy,不允许其他SWC请求操作。

  5. 复制过程中出现问题, NvM协议栈会自动调用回调函数重试。
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  6. 建议NvM用回调函数的方式通知APP操作结果。(轮询方式可能没有触发pending,导致read ok的结果是上一次的值!)

  7. 以上执行完成后,各SWC就可以再次对Block进行读写操作了。

5.3 隐式同步和显式同步主要差异对比

下面从几个维度整理了两者差异:

RAM开销:

–> 隐式同步:无需多开辟RAM

–> 显式同步:

在显式同步中,采用了Mirror机制更好的防止数据一致性破坏,但是需要额外的RAM开销, 和NVM开辟的缓存(Mirror Block)两者有映射关系。

是否共享RAM:

–> 隐式同步:RAM(局部或者全局)由访问NVM的SWC独自使用;

–> 显示同步:RAM可单独使用,也可由访问NVM的各SWC共享。

数据一致性确保:

–> 隐式同步:
多用户访问较难确保数据一致性。
应用程序负责确保数据一致性,需要考虑的场景较多:

  • 比如在读取作业完成之前,该块的擦除作业不能排队;

  • 再比如一个擦除请求正在处理中,则可以读写RAM块,而不会对擦除作业的结果产生任何影响;

    因此,对于隐式同步块访问最安全的方法是,只要RAM块处于挂起状态,就不要使用。

–> 显示同步:
多用户访问较容易确保数据一致性。

  • 主要由NVM Mirror机制确保,除拷贝数据小部分时间外,其余时间均可修改和操作RAM Block;

  • 在回调复制时,数据块是busy的(如下图Spec),所以APP需要通过读取NvM的操作状态来判断当前是否可以使用RAM Block。

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操作占用时间:

–> 隐式同步:

  • 由于对于隐式同步,块访问最安全的方法是只要RAM块处于挂起状态,就不要使用。所以隐式同步操作占用的时间较久。

–> 显式同步:

  • 在应用程序发出NvM_WriteBlock后,只有两个回调函复制数据阶段(真正读写数据)不能使用RAM Block. 其余时间均可访问。

回调通知:

–> 隐式同步:

  • 基于RAM块处于挂起状态建议其他不访问,单独的访问操作对应单独的回调。

–> 显式同步:

  • 在数据拷贝时间外的多个请求会被合并,NvM只会处理一次,回调函数只会调一次

最后将隐式同步和显示同步的差异点整理成表格形式如下:
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