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

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

NVM架构、存储形式及隐式显式同步

->返回总目录<-

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）

二、NVM与外部交互

NvM模块与其他模块主要交互业务简介：

三、NVM 内部各层交互介绍

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

基本存储对象归属结构图

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

Native Block：

标准的块类型 ，是最常见的Block形式；

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。

如有一份数据错了，可以用备份的那块

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：

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）。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。

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。
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。

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：