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CP AUTOSAR NvM 详解

来源：公众号“汽车电子与软件”

2021-07-29

以下文章来源于搞一下汽车电子小助手，作者埃恪深科技

前言

在上一篇中已经对AutoSAR中模式管理BswM做了详细的介绍，这篇主要介绍的是AutoSAR中Memory管理模块NvM。

一、AutoSAR Memory Stack整体概述

在AutoSAR架构除了横向看包含APP/RTE/BSW/MCAL等分层架构之外，对于BSW（包含MCAL）对纵向的不同功能协议栈也作了详细的划分，主要包括通信栈、内存栈、CDD、IO操作相关的纵向栈、系统服务栈、信息安全相关的协议栈，今天介绍的NvM属于内存栈的管理模块，整个内存栈在AutoSAR的定义如下所示：

在内存栈中包含服务层（NvM）、抽象层（MemIf、EA、EEP、Fee）、MCAL（Fls、SPI等）几个模块。

AutoSAR中对NV数据的存储主要包括片内存储和外部存储两种方式。片内存储，是用芯片内部的DFLASH进行数据存储；外部存储，是通过外部EEPROM进行存储，一般会调用SPI、IIC等通信方式外挂EEPROM芯片。

NVM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实现存储数据Block在内部Flash或者外部EEP的分离操作；FEE实现对Flash的数据Block的抽象和动态数据的Layout；Flash Driver提供操作Flash的接口；EA定义外部EEPROM的存储抽象和数据的Layout；EEP提供外部EEPROM的操作接口和驱动。

二、NvM功能介绍

NvM模块负责管理和从非易失性内存中读写数据。在系统启动和关闭阶段，同步应用程序RAM区的数据。此模块还提供其他服务，例如用于上层数据保护的冗余数据单元。同时，RTE提供了简单灵活和接口（NvData Interface）用于非易失内存的数据处理。在AuoSAR架构中NvM的主要功能可以概述为以下几点:

提供了三种Block的管理类型（Native、Redundant、DataSet）
支持16bit和32bit的CRC校验
支持数据操作的优先级机制，支持Immediately写操作
给APP提供服务接口，NV Data类型的数据接口在APP层可以直接操作
NvM与APP的同步机制
用于DCM诊断的数据操作
支持操作数据读写操作的完成以及错误的回调通知
可以配置的ID处理

在AutoSAR中NvM与多个模块存在关联。RTE提供与APP交互的接口；CRCLib用于NV Data存储时CRC校验；SchM用于NvM API调度；MemIf提供下层的内部还是外部存储的区分；BswM在上、下电阶段调用ReadAll和WriteAll接口；Dem负责相关DTC等诊断数据的存储；Det用于检测开发过程中相关的错误。

01、NvM数据操作block介绍

NvM中对数据的操作一般叫做Basic storage objects，Basic storage objects是NvM中存储的最小单元，在NvM的概念中主要包括下面四种操作实体。

NV Block一般包含了用户定义的数据，其中相关的header以及CRC作为可选项使用。NV RAM一般和NV Block对应，实现数据到NV Block的读写操作，在空间分配中可以不用考虑NV RAM的内存分配地址。NV RAM数据被分配到一个SWC或者BSW模块。

NV ROM数据存在DFlash或者外部的EEPROM中，在程序执行中数据不会改变，在空的或者破坏的ROM中为默认的数据。Administrative Block是NV RAM中必须使用的，包含了DataSet类型的NvM数据管理相关的NV RAM Block的属性、状态以及错误信息，能管理NV Block的写保护，以及上次数据操作的错误以及状态信息。

02、NvM数据操作类型介绍

NvM数据的管理主要包括三种管理类型，分别是Native NVRAM block、redundant NVRAM block、Dataset NVRAM block。具体对各个Block的使用情况如下所示。

管理类型	NV 块	RAM 块	ROM 块	管理块
NVM_BLOCK_NATIVE	1	1	0..1	1
NVM_BLOCK_REDUNDANT	2	1	0..1	1
NVM_BLOCK_DATASET	<256	1	0..n	1

Native NVRAM block是最简单的Block形式，该类型包括1个NV Block，1个RAM Block，1个Administrative Blocks；Redundant NVRAM block该类型包括2个NV Block，1个RAM Block，1个Administrative Blocks，通过该类型可以实现数据的冗余备份存储。

Dataset NVRAM是由多个大小相等的数据组成，APP在一次操作中获得其中的一个元素，每一个DataSet的位置可以通过Administrative Blocks获得，NvM可以读取选择的ROM Block。Dataset NVRAM类型的设计可以根据需要对一个数据在NvRAM中以一定的循环偏移进行存储，每一次存储位置可以不同，实现对NvRAM的寿命延长。

03、NvM数据操作同步机制介绍

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。

隐式同步中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。

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。

04、NvM数据操作类型介绍

NvM在使用的时候需要BSW的NvM进行配置，对数据的操作中在APP可以使用两种类型的模式，可以定义一个应用层的Nv Component和内置的NvData Inteface实现，在Nv Component中会自动关联到底层的NvM中定义的Block，在APP也可以采用CS接口直接调用NvM的服务接口。对于数据的操作分为周期写、下电写、立刻写三种。

周期写：一般很少使用该功能，无论是EEPROM还是内部的Dflash都有一定的刷写次数的限制。在Nv Component中需要配置对应的周期触发函数；调用Rte_Write函数的时候会将数据存储的Flag设置为TRUE；周期到了触发NvM_WriteBlock操作，同时清除存储标志；在NvM_MainFunction进行后续的操作。

下电写：多数NVM相关的数据都是在下电的时候进行数据的存储，在BswM的Shutdown阶段调用WriteAll实现该功能。

在Nv Component中需要配置对应的ShutDown存储方式；调用NvM_SetRamBlockStatus通知Rte表示数据发生了变化在下电的时候要存储；调用Rte_Write的时候会将存储Flag设置，同时设置对应的Evet Flag为TRUE，此时激活对应的函数NvM_SetRamBlockStatus设置变化位，以便执行下电的时候存储；在BswM执行下电的时候，调用NvM_WriteAll进行所有数据的下电存储。

立刻写：对于一些重要的改变的数据，根据情况在数据发生重要变化的时候需要立马存储。在调用Rte_Write的时候，数据会存储到NV Block中，同时会把Direct Flag设置为TRUE，此时的触发Event Flag被设置为TRUE；此时由于Event的Flag被设置了，作为一个触发源会去激活相应的Task；

在Task中调用Nvm_WriteBlock的函数，将数据存储，此时会清除Direct Flag和Event Flag；NvM_WriteBlock的传递参数为NULL，一般需要一个永久的RAM（Global的变量.Mirror）；在NvM的MainFunction查看Mirror的状态；NvMWriteRamBlockToNvM调用将数据放到NvM中，调用EA或者FEE的接口函数，存储到EEPROM或者FLASH中。

三、NvM配置简介

在NvM的配置中主要包括BSW层NvM的Descriptor配置、APP层Nv Coponent中的Block配置相关的属性和NvData Interface配置。

01、NvM的Descriptor定义

NvM的Descriptor定义操作使用的Block Descriptor（主要定义 Block的ID、Length、CRC校验、优先级等）。

02、NvData Interface连接

在Nv Component中定义NvData Interface，在SWC中同样定义NvData Interface，将SWC的NvData Interface与Nv Component的NvData Interface做Mapping。

03、Nv Component的接口属性

Nv Component的接口属性定义主要包括下面参数。

04、Nv Component的Block属性

在使用Nv Component的定义的时候，除了定义BSW层的NvM Block相关的配置，在Nv Component中也要根据NvData Interface以及BSW定义的NvM的Block做相关的配置，主要包括下面参数：

当NVM触发NvRAM读写数据，都是通过Rte_GetMirror/Rte_SetMirror 更新RAM Block，这些功能在RTE内实现，选择Support DirctFlag（FALSE：Rte不支持直接触发写操作，需要SWC额外的CS接口实现；True）调用写操作的时候，直接触发操作写的Flag）。

具体的配置Workflow大概如下：

在ASW中创建一个NvMemoryBlock类型的ASW，并创建对应的SWC
在SWC中建立对应的Nv Block的Descriptor（与服务层的Nv Block的内容一致），并创建对应的数据结构体
配置对应的RAM Block、ROM Block以及相关的操作属性（操作类型、触发函数、同步方式等）
创建Nv Data Interface并建立与RAM Block的Mapping
配置周期触发的函数用于触发周期的存储操作
在NvM服务层Check对应的ASW的Block配置
生成Rte产生周期调用的函数以及SetMirror and GetMirror（主要是对NvBuffer的数据到RAM Block操作的Copy操作） callback 来读写Rte中的RamMirror，在操作过程中一般采用加锁操作避免数据操作过程中被修改。
在SWC调用Nv Data Interface的时候实现了数据从RAM Block到SWC定义的变量的读写操作