NV数据处理指南

1. 简介和功能概述

本文档本规范描述了AUTOSAR基础软件模块 NVRAM Manager (NvM) 的功能、API 和配置。，以及应用软件组件（application software components）可用的各种访问机制。

本文在第4章节中先简要介绍了非易失性内存概念，接着在第5章节中介绍了从应用程序（即：最终用户）访问非易失性内存的各种用例。

2. 缩略语

NvM

NVRAM管理器（NVRAM Manager）

NV

非易失性（Non-volatile）

NVRAM

非易失性随机存取存储器（Non-volatile Random Access Memory）

NVRAM Block

NVRAM块（NVRAM Block）是管理和存储NV数据块所需的整个结构。

NV Block

NV块（NV Block）是一个基本存储对象。用来表示驻留在NV内存中的那部分NVRAM块。

RAM Block

RAM Block是一个基本存储对象。用来表示驻留在RAM中的那部分NVRAM块。

RAM Mirror

RAM镜像是NvM内部缓冲区。当NvMBlockUseSyncMechanism设置为TRUE时，用于操作读取和写入的NVRAM Block数据的RAM Block。

ROM Block

ROM Block是一个基本存储对象。用来表示驻留在ROM中的那部分NVRAM块。

ROM

只读存储器（Read-Only Memory）

RTE

运行环境（Runtime Environment）

SW-C

软件组件（Software Component）

3. 相关文档

[1] AUTOSAR Specification for Runtime Environment

AUTOSAR_SWS_RTE.pdf

[2] AUTOSAR Template Specification of Software Component

AUTOSAR_TPS_SoftwareComponentTemplate.pdf

[3] AUTOSAR Specification for NVRAM Manager

AUTOSAR_SWS_NVRAMManager.pdf

[4] AUTOSAR Guide on Mode Management

AUTOSAR_EXP_ModeManagementGuide.pdf

4. 总体机制和概念

4.1. NVM及其特点

易变性（Changeability）和持久性（durability）是ECU内部数据所具有的相关属性。为了在不同的上电周期里数据都是可用的，变化的数据需要保存在非易失性存储器（Non-volatile memory）中。保存在非易失性存储器（Non-volatile memory）中的数据被称为NV数据。在AUTOSAR中，应用程序只能通过NVRAM管理器 (NvM) 访问非易失性存储器。NvM模块为数据的管理和维护提供所需的同步及异步服务。

下图1显示了应用程序（Application）和内存堆栈（Memory Stack）之间的交互以及所涉及的模块。

Figure_1

接着的章节将概述NvM模块提供的不同概念和功能。有关更详细信息请参阅文档[3]。

4.2. 基本存储对象

基本存储对象（Basic Storage Object）是NVRAM块的最小实体。若干个基本存储对象的组合可以用来构建NVRAM块。

基本存储对象可以驻留在不同的内存位置：

  • RAM
  • ROM
  • NV内存

4.2.1. RAM块

RAM块（RAM Block）是一种基本存储对象，它用来表示驻留在RAM中的那部分NVRAM块。

RAM块由用户数据（user data）和可选的CRC值和可选NV Block header组成，用来保存实时数据（live data），是NVRAM块的可选部分（optional part）。

4.2.1.1. ROM块

ROM块（ROM Block）也是一种基本存储对象，它用来表示驻留在ROM中那部分NVRAM块。ROM Block也是NVRAM块的可选部分（optional part）。

ROM块的内容具有持久性(persistent nature）的特性。同时在程序执行期间，其内容是无法被修改的。它驻留在ROM/Flash中。当NV Block为空或者损坏的情况下，ROM Block提供默认数据（default data）。

4.2.2. NV块

NV块（NV Block）也是一种基本存储对象。它用来表示驻留在NV内存中那部分NVRAM块。NV块是NVRAM块的必不可少的部分。

NV块的内容也具有持久性的特性，但在程序执行期间，其内容是可以被修改。它驻留在Flash中。

NV块由用户数据（user data）和可选的CRC值和可选NV Block header组成。它用于保存定期的或者根据请求需要存储的实时数据。

4.2.3. 管理块

管理块（Administrative Block）也是一种基本存储对象。它驻留在RAM中。管理块也是NVRAM块中必不可少的部分。

管理块的内容也具有非持久性的特性，驻留在RAM中。

管理块主要用于保存相应NVRAM块的属性/错误/状态信息，以及专用于数据集（Dataset）类型的NVRAM Block的块索引。

4.3. 块管理类型

NvM模块支持以下NVRAM块管理类型：

4.3.1. 原生NVRAM块

原生NVRAM块（Native NVRAM Block）是最简单的块管理类型。它允许以最小的开销存储数据到NV内存中，同时从NV内存中取回数据。

NVM_BLOCK_NATIVE类型的NVRAM存储由以下基本存储对象组成：

  • NV块：1个
  • RAM块：1个
  • ROM块：0..1个
  • 管理块：1个

4.3.2. 冗余NVRAM块

除了原生NVRAM块外，冗余NVRAM块（Redundant NVRAM block）提供了增强的容错性（fault tolerance）、可靠性（reliability）和可用性（availability）。它增加了对数据损坏的抵抗力。冗余NVRAM块由两个NV块、一个RAM块和一个管理块组成。

例如在读取期间，如果与冗余NVRAM块关联的NV块被视为无效，NvM模块会尝试使用来自未损坏NV块的数据来恢复NV块。

NVM_BLOCK_REDUNDANT类型的NVRAM存储由以下基本存储对象组成：

  • NV块：2个
  • RAM块：1个
  • ROM块：0..1个
  • 管理块：1个

4.3.3. 数据集NVRAM块

数据集NVRAM块（Dataset NVRAM block）是大小相等的数据块阵列。应用程序可以一次性访问该数据块中的某一个数据。

NVM_BLOCK_DATASET类型的NVRAM存储由以下基本存储对象组成：

  • NV块：1..NvMNvBlockNum个
  • RAM块：1个
  • ROM块：0..NvMRomBlockNum个
  • 管理块：1个

被配置数据集（NV+ROM 块）的总数必须在1..255的范围内。

通过使用NvM_SetDataIndex的API函数可以设置相应的索引来访问特定的数据集元素。索引从0到NvMNvBlockNum - 1的元素表示NV块，而索引从 NvMNvBlockNum到NvMNvBlockNum + NvMRomBlockNum - 1的元素表示ROM块。NVRAM块用户必须确保在访问数据元素之前选择了有效的数据集索引。

4.4. 支持同步机制

在对NvM模块的RAM镜像（RAM mirror）数据进行访问时，NvM模块支持两种类型的同步机制。

4.4.1. 隐式同步

在隐式同步（Implicit synchronization）中，应用程序和NvM可以同时访问一个公共RAM块。应用程序通过调用NvM API将数据写入RAM，或者从RAM读取数据。

Figure_2

在这种情况下，RAM块映射到一个SW-C，不建议共享RAM块。 每当SW-C通过RAM块（临时/永久）访问NVRAM时，SW-C必须确保RAM块数据的一致性，直到NvM完成正在进行的操作。

使用隐式同步时，以下步骤需要被考虑到：

单块写入请求（NvM_WriteBlock 和 NvM_WritePRAMBlock）：

  1. 应用程序需提供了一个RAM块包含了将要写入的数据。
  2. 应用程序调用NvM_WriteBlock或者NvM_WritePRAMBlock发出写入请求，并将控制权移交给NvM模块。
  3. 应用程序在发出写入请求后，在请求结束之前不得修改RAM块的内容，但可以读取RAM块。
  4. 应用程序可以使用轮询来获取写入请求的处理状态，也可以通过设置回调函数让NvM模块异步通知应用程序。
  5. NvM模块操作完成后，RAM块可重用于修改。

单块读取请求（NvM_ReadBlock, NvM_ReadPRAMBlock, NvM_RestoreBlockDefaults, NvM_RestorePRAMBlockDefaults）：

  1. 应用程序需提供了一个RAM块，用于保存将被填充的NVRAM数据。
  2. 应用程序调用NvM模块接口向NvM模块发出读取/恢复请求。
  3. 应用程序在发出读取/恢复请求后，在请求结束前不得修改RAM块的内容。

多块写入请求（NvM_WriteAll）：

  1. 应用程序需提供了一个RAM块包含了将要写入的数据。
  2. NvM_WriteAll由EcuM在关机期间发出。
  3. 启动关机程序后，应用程序不得再修改RAM块的内容。

多块读取请求（NvM_ReadAll）：

  1. 应用程序需提供了一个RAM块，用于保存将被填充的NVRAM数据。
  2. NvM_ReadAll由EcuM在启动期间发出。
  3. 启动程序启动后，应用程序不得修改RAM块的内容，直到NvM_ReadAll处理完成。

4.4.2. 显式同步

在显式同步（Explicit synchronization）中，NvM定义了一个RAM镜像（RAM Mirror），用于与应用程序的RAM块交换数据。应用程序将数据写入RAM块并调用NvM写入API。NvM调用API读取RAM镜像，把数据从RAM镜像复制到RAM块中，最后写入到NV块中。应用程序通过NvM模块调用的回调例程双向传输数据。

Figure_3

优点是应用程序可以有效地控制他们的RAM块。他们负责使用ReadRamBlockFromNvM / WriteRamBlockToNvM从NvM模块的RAM镜像中复制一致性的数据。 应用程序需确保向/从RAM镜像复制数据时，RAM块的数据的完整性。

缺点是需要额外的与使用这种机制的最大NVRAM块具有相同的大小的RAM，以及每次操作都需要在两个RAM位置之间进行额外的数据复制。

如果有一个模块（例如：NvBlockSwComponentType）可以同步这些应用程序，并且此模块从NvM模块的角度来看是NVRAM块的所有者，那么这种机制可以支持不同应用程序共享NVRAM块。

使用显式同步时，以下步骤需要被考虑到：

单块写入请求（NvM_WriteBlock 和 NvM_WritePRAMBlock）：

  1. 应用程序需提供了一个RAM块包含了将要写入的数据。
  2. 应用程序调用NvM_WriteBlock或者NvM_WritePRAMBlock发出写入请求。
  3. 发出写入请求后一直到回调例程被调用期间，RAM块允许被修改。
  4. NvM模块会调用通过NvMWriteRamBlockToNvCallback配置的例程，以便将应用程序数据与NvM的内部缓冲区进行同步。
  5. 应用程序可以通过回调函数的返回值向NvM模块发送数据是否复制成功的信号。如果用户自定义回调函数的返回值为E_NOT_OK，NvM模块会重新尝试配置参数NvMRepeatMirrorOperations次的操作。
  6. 直到数据被同步到NvM模块后，应用程序才可以再次读取和写入RAM块。
  7. 应用程序可以使用轮询来获取写入请求的处理状态，也可以通过设置回调函数让NvM模块异步通知应用程序。

单块读取请求（NvM_ReadBlock, NvM_ReadPRAMBlock, NvM_RestoreBlockDefaults, NvM_RestorePRAMBlockDefaults）：

  1. 应用程序需提供了一个RAM块，用于保存将被填充的NVRAM数据。
  2. 应用程序调用NvM模块接口向NvM模块发出读取/恢复请求。
  3. 发出读取/恢复请求一直到回调例程被调用期间，RAM块允许被修改。
  4. NvM模块调用通过NvMReadRamBlockFromNvCallback配置的例程，以便将应用程序数据与NvM的内部缓冲区进行同步。
  5. 应用程序可以通过回调函数的返回值向NvM模块发送数据是否复制成功的信号。如果用户自定义回调函数的返回值为E_NOT_OK，NvM模块会重新尝试配置参数NvMRepeatMirrorOperations次的操作。

多块写入请求（NvM_WriteAll）：

  1. 应用程序需提供了一个RAM块包含了将要写入的数据。
  2. NvM_WriteAll由EEcuM在关机期间发出。
  3. 在关机序列一直到回调例程被调用期间，应用程序可以修改RAM块。
  4. 当回调例程被调用时，NvM_WriteAll开始处理数据块。
  5. NvM模块调用通过NvMReadRamBlockFromNvCallback配置的例程，以便将应用程序数据与NvM的内部缓冲区进行同步。
  6. 应用程序可以通过回调函数的返回值向NvM模块发送数据是否复制成功的信号。如果用户自定义回调函数的返回值为E_NOT_OK，NvM模块会重新尝试配置参数NvMRepeatMirrorOperations次的操作。

多块读取请求（NvM_ReadAll）：

  1. 应用程序需提供了一个RAM块，用于保存将被填充的NVRAM数据。
  2. NvM_ReadAll由EcuM在启动期间发出。
  3. 启动程序启动一直到回调例程被调用期间，应用程序可以修改RAM块。
  4. 当回调例程被调用时，NvM_ReadAll开始处理数据块。
  5. NvM模块调用通过NvMReadRamBlockFromNvCallback配置的例程，以便将应用程序数据与NvM的内部缓冲区进行同步。
  6. 应用程序可以通过回调函数的返回值向NvM模块发送数据是否复制成功的信号。如果用户自定义回调函数的返回值为E_NOT_OK，NvM模块会重新尝试配置参数NvMRepeatMirrorOperations次的操作。

5. 用例总结