AUTOSAR的Memory是如何设计的?

原创 嵌入式软件实战派 2023-03-02 08:31

很多人都觉得AUTOSAR的Memory很复杂,搞了很久都摸不透里面的原理策略。

其实,AUTOSAR的Memory在AUTOSAR的架构下,封装得很好,只是我们很多人从普通嵌入式软件开发模式而来,一下子转不过弯而已。

本文就从普通嵌入式软件开发中的Memory入手,逐步讲解AUTOSAR的Memory原理策略。

注:以下讲的Memory方案是指EEPROM、DataFlash等非易失性存储(NVM)的软件方案。

1.传统嵌入式存储方案

试想下,一个简单的嵌入式系统软件里,如果想存储写信息到EEPROM(假设外置的EEPROM,通过IIC访问),你会如何设计?

最简单的办法,写好IIC通信,直接根据EEPROM的地址通过IIC进行访问,反正就是操作EEPROM,不用管那么多。但是软件结构比较混乱,驱动和应用混在一起。

这种做法,但凡有点软件层次结构概念的人都不会这么干,当然只是临时调试下硬件是无所谓的。

那么,改进下软件设计,把IIC驱动单独出来,是很常用的做法吧,比较IIC算是MCU的驱动,除了可以访问EEPROM,还可以用来跟其他外设通信,做成独立公共的驱动模块,是理所当然的。软件层次结构就像下面的这样子。

当然,对软件有追求的人,肯定是比较鄙视上面两种结构的,EEPROM好歹也要单独一个模块吧。单独一个应用倒是无所谓,如果要好几个应用要读写EEPROM,岂不是乱成一团了!

于是,设计成这样的接口,看起来是比较理想的。

普通的嵌入式软件的EEPROM设计,大多都是这样的,也比较灵活。

然而,AUTOSAR有更高的追求,它把EEPROM、DataFlash等NVM看成一类存储,而不管存储的实际介质是什么,统统都叫NVM。

于是乎,设计一个NVM的模块就呼之欲出了。NVM的对外的接口是统一的,而它对接DataFlash或EEPROM,还分别多加了一个FEE和EA这样的模块。

2.AUTOSAR的存储方案

到这里,我们对比下这几种方案。

上图方案A和方案B就不考虑了,那方案C和方案D的对比,差别在哪?

除了NVM这个模块是通用性的,还多出了个FEE和EA,那么FEE和EA分别是干嘛的?

在解释这两个模块之前,先从AUTOSAR的架构层面来看看,实际上FEE和EA就在Memory Hardware Abstraction层里面,注意关键字Abstraction。

FEE是Flash EEPROM Emulation的缩写,而EA是EEPROM Abstraction的缩写。

AUTOSAR考虑问题比较周到,NVM的存储是要考虑寿命的,特别是用在汽车行业。

一般情况下,DataFlash的P/E Cycle是10万次,EEPROM的是100万次。另外,DataFlash的擦写单位是比较大的,如果只想写一两个byte,需要擦除一大片,非常不友好。

于是要将DataFlash模拟成EEPROM来使用,这个FEE就出来了。当然FEE还考虑了磨损均衡算法,英文一般叫Wear Leveling。

那EA呢?因为EEPROM不同厂家做的地址、page管理等方式不一样,所以要做个抽象层来统一管理下,同时也加入了磨损均衡算法,来增加EEPROM的寿命。

以下以在0x0008地址写入0x11, 0x22, 0x33, 0x44这四个字节内容为例,看看EEPROM和DataFlash的实际操作情况:

很明显,EEPROM在同一个位置频繁操作也不是非常好的,只要次数多也是会影响寿命的,而Flash在这方面的劣势就更明显了,不但擦写单位比较大,寿命也比较短,所以这个FEE和EA的抽象是有必要的,磨损均衡技术也是有必要的。

至于这个磨损均衡技术是怎么实现的,涉及到的内容比较多,后续再细讲。

细心的小伙伴,会发现,为什么还有个MemIf?

实际上这个MemIf很简单,仅仅是统一封装了下FEE和EA的接口,为NVM提供一个统一的接口管理而已,如果非要说,那只能说NVM比较娇贵,啥都要给它准备得好好的。

3.NVM的存储结构

这样就完了吗,软件架构层次基本就这样了。

然而,AUTOSAR里面的这个Memory这一套东西,是很有搞头的,怎么说呢?

除了层次分明外,它对存储的结构抽象得很明确,于是就有了RAM Block,Data Set等这样的概念。

这部分内容,在《一图读懂AUTOSAR NvM(附pdf版文档资源)》里面已经讲得很清楚了,本文不再累述。再次附上一张NVM Block结构的汇总图,方便平时查阅。

如果图片不够清晰,建议点击《一图读懂AUTOSAR NvM(附pdf版文档资源)》,里面能找到pdf清晰版的下载方式。欢迎关注。

4.AUTOSAR NVM的配置

讲了这么多,NVM怎么使用?

想其他AUTOSAR的Mode模块一样,NVM的接口不是给应用直接调用的,而是通过AUTOSAR的开发工具链给SWC配置NVM的Service接口,然后生成对应的Runnable等接口调用的,这里有套规则。

这个NVM配置的内容虽然涉及到的概念有点多,步骤也有点多,但搞清楚后就很简单了。

由于篇幅有限,我后续打算专门写一个NVM的配置教程,敬请关注“嵌入式软件实战派”。

如果你对我的《AUTOSAR实战教程》感兴趣,可以关注公众号“嵌入式软件实战派”,然后在对话框回复“AUTOSAR”,可获得教程的目录。

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