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存储栈学习笔记

news 2025/10/13 10:51:32

1. 缩略词

  • NvM：Non-Volatile RAM Manager（非易失存储管理器），AutoSar SW层提供存储管理服务的核心模块。
  • MemIf：Memory Abstraction Interface（内存抽象模块接口），提供外部非易失存储的管理、读取、存储接口，是将存储设备硬件抽象后的标准模块。
  • EEP：Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory（电可擦可编程只读存储器），MCAL层EEPROM驱动的简称。
  • FEE：Flash Emulation EEPROM（Flash模拟EEPROM），AutoSar基于Flash实现类EEPROM功能的模块。
  • Fls：Flash Driver（Flash驱动），MCAL层的Flash软件驱动模块。

2. AutoSar架构下的Nvm

（1）Autosar存储栈管理非易失数据的中心

在这里插入图片描述

  • 核心地位：NvM模块是AutoSar非易失数据管理的核心，配合硬件抽象层FEE模块和驱动层（EEP/Flash等）共同构成存储栈。
  • 分层结构：存储栈分为三层——存储服务层（BSW层，NvM模块）、存储硬件抽象层（MemIf、FEE/EA模块）、存储驱动层（MCAL层，EEP/Fls模块）。

（2）NvM模块的功能

  • 核心功能：管理非易失性内存的数据读写，在系统启动/关闭阶段同步应用程序RAM区与非易失存储的数据。
  • 增值服务：提供数据冗余保护单元等附加功能，保障数据安全性与可靠性。

（3）AutoSar存储栈的层次结构

  1. 服务层：NvM模块，提供存储管理服务接口（如数据读写、同步），面向应用层提供统一调用方式。
  2. 抽象层：MemIf、FEE/EA模块，实现存储硬件抽象，屏蔽不同存储介质（Flash/EEPROM）的硬件差异。
  3. 驱动层：EEP、Fls模块，直接操作存储硬件设备，执行底层读写、擦除等硬件指令。

（4）存储栈设计的问题

  • 介质特性矛盾：
    • RAM：空间小、随机读写速度快（纳秒级）、掉电丢失，适合运行时临时数据存储。
    • ROM（Flash/EEPROM）：容量大、读写速度慢（毫秒级）、擦除次数有限（几万-几十万次），适合持久化数据存储。
  • 设计需求：需结合两者优势，实现“既能持久保存数据，又能支持运行时修改”的存储机制。

（5）自动存储管理

① NvRam与基本存储对象

在这里插入图片描述

存储对象存储位置功能作用可见性
NV BlockFlash存储持久化数据，读写速度较慢用户可见
RAM BlockRAM作为应用层数据交互的缓存，访问速度快，用于临时存储待同步/读取的数据用户可见
ROM BlockFlash存储默认数据（可选配置），用于NV Block失效时恢复默认值用户可选见
Administrative BlockRAM存储管理数据（如Block序号、属性、错误状态），负责存储栈内部管理用户不可见
② NvM Block管理类型

在这里插入图片描述

  • NATIVE类型：1个NV Block + 1个RAM Block + 1个管理块（必选），可配置0-1个ROM Block，适用于普通单备份数据存储。
  • REDUNDANT类型：2个NV Block（双备份） + 1个RAM Block + 1个管理块，提供更高安全性，适用于关键数据（如诊断DTC、安全配置）。
  • DATASET类型：1-255个NV Block + 1个RAM Block + 1个管理块，可配置N个ROM Block，用于管理一组关联数据（如同一功能的多个参数）。

（6）内存栈的数据传输过程

在这里插入图片描述

  • 交互基础：所有数据存取均基于“NVRAM Block”为单位执行。
  • 执行流程：应用层发起数据操作请求 → 调用NvM模块接口 → NvM调用MemIf抽象层接口 → MemIf转发请求至FEE/EA模块 → FEE/EA模块调用EEP/Fls驱动 → 驱动操作硬件完成数据读写。

（7）NvM数据操作同步机制

在这里插入图片描述

  • 隐式同步：NV Block直接与应用层RAM数据交互（无中间缓存），操作延迟低，适合实时性要求高的场景。
  • 显式同步：通过“RAM Mirror”（RAM镜像区）作为中间缓冲，数据先同步到镜像区再写入非易失存储，提供更安全的数据保护（如避免断电导致的数据损坏）。

3. FEE模块与FEE的机制

（1）FEE记录数据

在这里插入图片描述

  • 实现原理：采用“地址+数据”组合记录方式，新数据写入Flash的新物理地址，并标记旧地址数据为“无效”，避免重复擦除同一区域。
  • 硬件限制适配：Flash仅支持“存储位为FF（未写入）时覆盖写入”，需先擦除（将存储位置为FF）才能重新写入，FEE通过地址轮换规避此限制。

（2）FEE换页记录

  • 扇区管理机制：采用“双扇区轮换”策略，Flash划分为“激活扇区”（当前写入扇区）和“备用扇区”（待切换扇区）。
  • 优势：实现近似无限次的数据修改，规避Flash擦写次数有限的硬件限制。
  • 操作流程：
    1. 激活扇区（如扇区1）数据写满；
    2. 将扇区1中的有效数据拷贝到备用扇区（如扇区2）；
    3. 擦除扇区1（恢复为FF状态）；
    4. 切换备用扇区为新的激活扇区，原激活扇区变为备用扇区。

4. 实际操作配置

（1）配置流程

① 打开ISO lab工具与工作重点
  • 工作范围：本章仅配置BSW模块，不涉及system info文件夹。
  • 核心任务：BSW模块（NvM、MemIf、FEE）配置；ASW/BSW模块与NvM的连接配置。
  • 操作起点：单击vcu starter工程，打开RTA代码生成对话框。
② 选择rtabsw与存储介质模块选择
  • 模块选择依据：根据实际使用的非易失存储介质类型决定：
    • 若使用Flash介质：需选择NvM、MemIf、Fee、rbaFefSYS模块；
    • 若使用EEPROM介质：需选择EaMemIf、NvM、rbaFefSYS模块。
  • 代码生成基础：基于已创建的模块ARXML文件生成底层代码。
③ 创建memory stack模块
  • 操作步骤：
    1. 返回主界面，通过ECU navigator进入BSW模块配置界面；
    2. 在BSW模块下创建NvM、Fee、MemIf模块；
    3. 将所有存储相关模块放在同一个ARXML文件中（命名为“Memory Stack”）。
  • 注意事项：创建时需遵循命名规范（如去除模块名称中多余的“0”，确保标识清晰）。
④ 配置流程回顾与NV m模块作用
  • 核心机制：NvM模块接收应用层数据存取需求，通过MemIf抽象层接口调用具体存储介质（Flash/EEPROM）的操作模块，最终由驱动层完成硬件交互。
  • 数据流向：应用层 → NvM模块 → MemIf模块 → FEE/EA模块 → EEP/Fls驱动 → 存储硬件。

（2）NVRAM模块配置

① common配置选项
  • 关键参数：
    • NvMApiConfigClass：仅支持“Class Three”（AutoSar标准规定）；
    • NvMCompiledConfigId：初始设为0（关联动态配置，后续可根据需求调整）；
    • CrcNumberOfBytes：设为1字节（在满足校验需求的前提下节省存储资源）；
    • DevErrorDetect：建议开启（便于开发阶段检测配置错误或运行时异常）；
    • PollingMode：设为True（采用同步处理方式，操作完成后立即返回结果，本例适用）。
  • 优化建议：
    • NvMJobPrioritization：设为True（启用作业优先级，高优先级操作可打断低优先级操作）；
    • MainFunction周期：设为0.001秒（1毫秒，确保存储作业及时调度）；
    • StandardJobQueue：初始设为5（作业队列长度，可根据调试过程中的实际作业数量调整）。
② block descriptor配置
  • 核心配置项：
    • BlockManagementType：选择管理类型（native/redundant/dataset，根据数据重要性决定）；
    • BlockLength：定义NvM Block的数据长度（示例设为8字节，需与应用层数据长度匹配）；
    • NumberOfBlocks：native类型设为1（1个NV Block对应1个RAM Block）。
  • 重要机制：
    • SelectBlockForReadAll：设为True（系统上电时自动将NV Block数据加载到RAM Block）；
    • SelectBlockForWriteAll：设为True（系统下电时自动将RAM Block数据写入NV Block）。
  • 调试建议：
    • 初始阶段可按需求大胆配置，通过代码生成工具校验配置合法性，发现错误后针对性修改；
    • 利用trace工具和生成的底层代码，分析配置参数对实际存储操作的影响；
    • 错误调试是理解AUTOSAR存储栈功能逻辑的重要环节，需重点关注DevErrorDetect上报的异常。
  • 特殊参数：
    • RamBlockCrc：建议开启（对RAM Block数据进行CRC校验，防止数据在RAM中被篡改）；
    • ResistantToChangedSW：建议关闭（非必要场景下，减少配置复杂度）；
    • MaxNumOfRead/WriteRetries：设为3-5次（读取/写入失败时的重试次数，需注意不同存储介质的重试次数限制）。
  • 回调函数：
    • 初始化回调（NvM_InitCallback）：可设为NULL（本例无特殊初始化需求）；
    • 验证回调（NvM_VerifyCallback）：根据需求配置（如自定义数据验证逻辑）。

（3）MEMIF模块配置

  • 配置选项：仅包含“General”一个配置文件夹，无其他子项。
  • 关键参数：
    • Main function cycle time：声明主函数周期（与NvM模块主函数周期保持一致，设为1毫秒）；
    • Number of device：设为1（管理1个存储设备，本例仅用Flash）；
    • RB Fee使用声明：设为True（使用FEE模块管理Flash，若用EEPROM则选择EA模块）；
    • Verapi设置：设为False（关闭版本接口，简化配置）；
    • Developed error：设为True（开启开发阶段错误检测）。

（4）FEE模块配置

① FEE General配置
  • 关键配置项：
    • Error detect：开启“develop an error detect”（开发阶段错误检测）；
    • FEE index：初始设为0（标识FEE模块实例，多存储设备时需区分）；
    • 通知回调：配置“NV M job的end notification”（存储作业完成时的回调函数，可选）、“Error notification”（存储错误时的回调函数，便于异常处理）；
    • 工作模式：设为“polling mode”（同步工作模式，与NvM模块匹配）；
    • 功能开关：根据需求开启“Erase suspension”（擦除暂停）、“Safety check”（安全检查）、“Survival evaluation”（存续性评估）；
    • Machine type：若找不到匹配的MCU型号，可选择“menu config”（手动配置Flash参数）；
    • 冗余块维护：开启“maintain redundant block”（双备份块维护，提升数据安全性）；
    • Buffer size：设为1024字节（FEE内部数据缓冲大小，需根据Flash页大小调整）；
    • 虚页大小：必须与实际Flash页大小一致（示例设为16字节，需参考MCU数据手册）。
  • 地址管理机制：
    • FEE模块将Flash物理地址“虚拟化”，应用层通过NvM操作的是“虚拟地址”；
    • FEE内部自动完成“虚拟地址→物理地址”的映射，屏蔽Flash硬件地址细节。
② FEE SectorTable配置
  • 核心配置：右键添加“child sector table”（扇区表子项），配置Flash扇区参数。
  • 物理页大小：必须与Flash控制器支持的页大小、Flash芯片实际页大小一致（示例设为16字节，需参考Flash数据手册）。
③ FEE Sectors配置
  • Sector数量要求：必须配置≥2个sector（满足FEE双扇区轮换机制的需求）；
  • 物理大小声明：需准确填写每个sector的实际物理大小（单位：字节，参考MCU/Flash数据手册）；
  • 配置方式：可一次性添加多个sector，并分别配置大小（如2个sector，每个大小为4096字节）；
  • 自动生成机制：FEE block无需手动配置，工具会根据NvM模块的Block配置自动生成对应的FEE block；
  • Flash模块关联：FEE与Flash的交互配置在MCAL阶段完成，通过AutoSar标准接口（如Fls_Erase、Fls_Write）实现数据交互。

二、内容总结

1. AutoSar架构下的非易失数据管理机制

  • 核心问题：解决“非易失存储介质（Flash/EEPROM）读写速度慢”与“应用层RAM数据访问速度快”之间的性能冲突，实现“持久存储+快速交互”的平衡。
  • 实现模块：以NvM模块为核心，配合MemIf抽象层、FEE/EA硬件适配层、EEP/Fls驱动层，构成完整存储栈。
  • 管理方式：基于“NV Block、RAM Block、ROM Block、Administrative Block”四类存储对象的不同组合，形成native（单备份）、redundant（双备份）、dataset（数据组）三种管理方式，适配不同场景需求。

（1）机制特点

  • 多样性：三种管理方式各具优势，native适合普通数据、redundant适合关键数据、dataset适合关联数据组，覆盖多场景需求。
  • 复杂性：为平衡“速度、安全性、硬件限制”，设计了分层抽象、地址轮换、同步机制等复杂逻辑，需结合AutoSar标准深入理解。
  • 针对性：专门针对“存储介质与应用层速度不匹配”“Flash擦写次数有限”等硬件特性问题设计，确保非易失数据管理的实用性与可靠性。

三、知识小结

知识点核心内容考试重点/易混淆点难度系数
AUTOSAR存储架构三层架构：存储服务层(NvM)、硬件抽象层(FEE/EA)、驱动层(Flash/EEP)NvM（服务层）与FEE（硬件适配层）的功能边界区分⭐⭐⭐⭐
NvM模块非易失数据管理中心，管理四类存储对象(NV/RAM/ROM/Admin Block)，支持三种管理类型(native/redundant/dataset)三种管理类型的组成差异（NV Block数量、ROM Block可选性）⭐⭐⭐⭐
存储对象类型NV Block(Flash持久存储)、RAM Block(RAM缓存)、ROM Block(默认值存储)、Admin Block(管理数据)ROM Block的“可选性”（仅在NV Block失效时启用）⭐⭐⭐
同步机制隐式同步(直接RAM交互，实时性高) vs 显式同步(RAM镜像缓冲，安全性高)不同同步机制的“性能-安全性”权衡选择⭐⭐⭐⭐
FEE模块原理Flash模拟EEPROM的换页机制：双扇区轮换+无效标记，虚拟地址映射物理地址虚拟地址与物理地址的映射逻辑，双扇区轮换流程⭐⭐⭐⭐⭐
配置关键参数NvM Block长度、CRC校验方式、作业优先级、读写重试次数动态配置ID(NvMCompiledConfigId)与版本兼容性⭐⭐⭐⭐
存储介质特性对比Flash：块擦除、寿命短(万次级) vs EEPROM：字节擦除、成本高、寿命长(十万次级)擦除次数限制与硬件成本的权衡选择⭐⭐⭐
错误处理机制开发错误检测(DevErrorDetect)、CRC校验、写入验证、最大重试次数不同错误场景的恢复策略（如重试、默认值恢复）⭐⭐⭐⭐
工具链配置流程NvM→MemIf→FEE三层模块创建，ARXML文件关联，设备ID与虚拟页大小配置虚拟页大小与Flash实际页大小的一致性校验⭐⭐⭐⭐
http://www.dtcms.com/a/474841.html

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