一种微处理器系统运行参数的存储方法与使用_周锋.pdf

3 8 M i c r o c o n t r o l l e r s&E m b e d d e d S y s t e m s 2 0 2 3年第4期w w w.m e s n e t.c o m.c n 一种微处理器系统运行参数的存储方法与使用*周锋1,顾桃峰2,朱志红3(1.北京聚恒博联科技有限公司,洛阳 4 7 1 0 0 9;2.广州市气象局气象信息预警中心;3.洛阳市永青环保科技有限公司)*基金项目:广州市科技计划项目(N o.2 0 2 2 0 6 0 1 0 0 1 6);广东省科技计划项目(N o.2 0 1 9 B 1 2 1 2 0 1 0 0 2)。摘要:介绍了一种微处理器系统运行参数的存储方法,并且在多款微处理器系统下进行参数存储使用。本方法借助系统已有的数据存储芯片,硬件上节省了器件成本;软件复用存储芯片读写代码,节省代码,可以快捷地查找当前在用参数和历史的备份参数。通过在多款微处理器系统上的使用效果来看,该方法具有运行参数存储稳定、开机启动时参数加载可靠等特点,未出现因运行参数读取失败导致系统死机的情况。关键词:微处理器系统;运行参数;备份方法;F l a s h存储中图分类号:T P 3 1 文献标识码:AA S t o r a g e M e t h o d a n d U s e o f O p e r a t i n g P a r a m e t e r s o f M i c r o p r o c e s s o r S y s t e mZ h o u F e n g1,G u T a o f e n g2,Z h u Z h i h o n g3(1.B e i j i n g J o i n u s e r T e c h n o l o g e C o.,L t d.,L u o y a n g 4 7 1 0 0 9,C h i n a;2.G u a n g z h o u E m e r g e n c y W a r n i n g I n f o r m a t i o n R e l e a s e C e n t e r;3.L u o y a n g Y o n g q i n g E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n E n g i n e e r i n g C o.,L t d.)A b s t r a c t:I n t h e p a p e r,a m e t h o d o f s t o r i n g t h e o p e r a t i n g p a r a m e t e r s o f a m i c r o p r o c e s s o r s y s t e m i s i n t r o d u c e d,a n d s t o r e s t h e p a r a m e t e r s i n m a n y t y p e s o f m i c r o p r o c e s s o r s y s t e m s.W i t h t h e h e l p o f t h e e x i s t i n g d a t a s t o r a g e c h i p o f t h e s y s t e m,t h e h a r d w a r e s a v e s t h e c o s t o f t h e d e v i c e,a n d t h e s o f t w a r e r e u s e s t h e r e a d a n d w r i t e c o d e o f t h e s t o r a g e c h i p t o s a v e t h e a m o u n t o f c o d e,w h i c h c a n q u i c k l y f i n d t h e c u r r e n t p a r a m e t e r s i n u s e a n d t h e h i s t o r i c a l b a c k u p p a r a m e t e r s.A c c o r d i n g t o t h e u s e e f f e c t o n s e v e r a l m i c r o p r o c e s s o r s y s t e m s,i t h a s t h e c h a r a c-t e r i s t i c s o f s t a b l e s t o r a g e o f o p e r a t i n g p a r a m e t e r s a n d r e l i a b l e p a r a m e t e r l o a d i n g w h e n s t a r t i n g u p,a n d t h e r e i s n o c a s e o f s y s t e m c r a s h d u e t o f a i l u r e o f r e a d i n g o p e r a t i n g p a r a m e t e r s.K e y w o r d s:m i c r o p r o c e s s o r s y s t e m;o p e r a t i o n p a r a m e t e r s;b a c k u p m e t h o d;F l a s h s t o r a g e0 引 言微处理器的运行参数对系统运行至关重要,对于简单的系统,把运行参数写入嵌入式软件的烧录固件中,系统只需要完成设备出厂前的参数。但是,对于多任务、针对不同应用领域以及过程测量和校准的微处理系统,需要设置特定的、必要的系统运行参数,设置好的运行参数具有备份功能,下次开机系统能够自动加载运行参数。微处理器系统运行参数包括设备运行参数(如系统频率、波特率等)、配置参数(如选择工作模式、配置传感器等)、校准参数(如采集信号校准系数、零点校准等)。当前的系统运行参数备份方法通常采用芯片存储和外挂存储两种方式,在系统配置一个E E P R OM芯片或F l a s h芯片,或者外挂S D卡、T F卡实现运行参数的备份。本文介绍一种新的运行参数备份方法,借助系统已有的硬件资源在嵌入式软件独自开创了一种参数存储架构和参数查找读取逻辑,实现微处理器系统运行参数的存储。1 运行参数备份整体介绍测量分析类仪器和在线监测类仪器都有设备级备份历史测量数据要求,通常设备主控电路板上都配置大容量F l a s h存储芯片,用于备份历史数据,芯片的存储容量从几十M到几百M不等。设备运行参数一般为几十字节到几百字节不等,从实时采集数据备份的存储芯片上划分一块区域用于参数存储,划分的存储区域约占整个存储芯片的1%,甚至更少。该方法硬件方面减少了器件成本和功耗,软件方面因为函数复用减少了代码量。硬件电路连接方式如图1所示。2 参数存储方法一般F l a s h存储芯片由多个扇区组成,一个扇区包含多个页面,页面由若干字节构成。由于制作工艺的问题,F l a s h存储芯片可以一次写入一个或多个字节,但擦除时 敬请登录网站在线投稿(t o u g a o.m e s n e t.c o m.c n)2 0 2 3年第4期 3 9 图1 数据备份硬件结构框图1,3必须 要 以 扇 区 或 页 面 为操作单位,或者整个芯片同时擦除,且操作次数是有限的,所以应用时一般要实现均匀磨损,平均使用各 个 扇 区 以 实 现 最 长工作寿命。微处 理 器 系 统 运 行参数 的 特 点 是 数 据 量 小(几十字节到几百字节)、数据 种 类 多(包 括c h a r、u c h a r、i n t、u i n t和f l o a t等多种类型)、数据存储频繁(每次进行参数设置或者测量校准等都需要一次参数存储用于下次开机启动时参数加载使用)。根据以上参数存储和器件的特点,本文设计了一套系统运行参数存储方法。具体如下:参数存储区占用存储芯片一个F l a s h扇区,由一个或者几个存储页构成一个操作单元,操作单元大小由运行参数的数量确定,每个操作单元有一个单元字头标签。每个操作单位都有相似的存储结构,但可以通过操作单元的字头标签标识前后顺序。整个参数存储空间可以划分为数十个到数百个操作单元,每次参数存储占用一个操作单元,当全部操作单元使用完毕后,对整个存储扇区进行擦除操作,重新划分操作单元,从第一个操作单元开始新一轮的参数存储,如此可实现均匀磨损。由于运行参数字节数(C)固定,在选定存储芯片后,设计的参数存储区容量(M)确定,参数备份次数(N)是确定的,计算公式如下:A=运行参数字节数(C)/单个页面字节数(B)(1)由式(1)可算出一个操作单元占用的存储页面数量,留足一定数据空间做后期参数扩展余量,然后取A向上的整数D,即为操作单元的存储页面数量,最少占用一个存储页面。计算公式如下:参数备份次数(N)=参数存储区的存储页数(M)/单个操作单元占用存储页数量(D)(2)由式(2)可得到整个参数存储区可以备份参数次数(N)。式中,N为整个参数存储区运行参数最大备份次数,从第一次存储参数开始,把第一个参数存储至第一个操作单元,随着存储次数的增加,操作单元位置也依次向前推进,N次以后,至最后一个操作单元。在参数存储过程中,每个操作单元都有一个单元字头标签,用于标注哪些操作单元是已用操作单元,哪个操作单元是当前操作单元,哪些操作单元是还没使用的操作单元,方便参数读取和查找。当最后一个操作单元被使用后,在下一次参数存储前,需要将整个参数存储区擦除后对整个参数存储区进行初始化,开始新一轮的参数存储。参数的读取分为嵌入式软件在初始化时自动读取和手动读取两种方式。自动读取为设备开机后,处理器依据嵌入式软件运行逻辑从第一个操作单元开始依次轮询每个操作单元,根据每个操作单元的单元字头标签找到当前的操作单元,读取该操作单元内的参数作为系统的运行参数。若轮询完成没有找到当前的操作单元,则该系统为第一次投入使用,还没有参数或者是参数丢失,此情况需要使用系统出厂默认参数作为系统的参数,并自动备份一次,并对外输出提示信息。如果需要以前的参数,也可以通过发送命令的方式,手动读取以前某一次存储的运行参数。3 嵌入式软件及实现该存储 方 法 在C 8 0 5 1 F 0 2 0、C 8 0 5 1 F 3 4 0单 片 机 以 及S TM 3 2 F 4 0 7中实现,数据备份 的 芯 片 为W 2 5 Q 1 2 8,1 2 8 MB存储空间,2 5 6个扇区,一个扇区有2 5 6个存储页,一个存储页可存储2 5 6字节。将第2 5 6个扇区作为参数存储单元,依据参数存储量(1 9 2字节)设计为一个存储页为一个操作单元,该参数存储区可以建立2 5 6个操作单元,即可以存储2 5 6份运行参数。首先,在处理器数据区建立如下3个联合结构体作为缓存区(每个缓存区6 4字节):第1个缓存区为1 6个f l o a t格式参数,用于浮点参数存储;第2个缓存区为3 2个i n t或6 4个c h a r格式参数,用于有符号整数型参数存储;第3个缓存区为3 2个u i n t和6 4个u c h a r格式参数,用于无符号的字节型参数存储。第1个缓存区:浮点参数缓存区:u n i o n s t r u c t f l o a t p8;/数组p f l o a t q8;/数组q p;u n s i g n e d c h a r c6 4;p a r a 1;第2个缓存区:有符号数缓存区:u n i o n i n t i3 2;c h a r c6 4;p a r a 2;第3个缓存区:无符号数缓存区:u n i o n u n s i g n e d i n t i3 2;u n s i g n e d c h a r c6 4;p a r a 3;例如串口1通信参数波特率定义:#d e f i n e c o m 1_b a u d p a r a 3.c04 0 M i c r o c o n t r o l l e r s&E m b e d d e d S y s t e m s 2 0 2 3年第4期w w w.m e s n e t.c o m.c n#d e f i n e c o m 1_p a r i t y p a r a 3.c1#d e f i n e c o m 1_d a t a p a r a 3.c2#d e f i n e c o m 1_s t o p p a r a 3.c3 系统上电后运行初始化程序,参数初始化先建立3个运行参数缓存,参数读取指针,查找当前操作单元,并建立初始索引,从F l a s h中读取存储运行参数至参数运行缓存,用于程序运行。如果第一次使用或者存储参数丢失,则程序自动加载出厂参数用于程序运行,并且把出厂参数存储至第一个操作单元。具体工作流程如图2所示。图2 参数加载和设置流程运行参数存储:参数存储分为3种情况。第一种情况,系统第一次运行或者参数丢失,软件自动加载程序自带的出厂参数作为系统运行参数,并且把该参数存储至第一个操作单元。第二种情况,在系统运行过程中,对某个运行参数设置或者校准系数后,程序自动把修改后的参数依次存储到操作单元。第三种情况,在必要时可以手动发送存储命令以存储当前系统运行的参数。操作单元轮询:系统初始化时,在建立完成参数缓存后,程序依据操作流程从第一个操作单元开始,根据读取的每个操作单元字头标签查找当前在用的操作单元,读取该操作单元的存储参数作为系统运行参数。手动加载运行参数:在设置和校准系统运行参数时,若发现设置或者校准数据不合适,可以通过手动发送指令的方式读取并加载之前的存储运行参数,并在新的操作单元进行参数存储。此外,还可以通过手动发送命令的方式把当前运行的系统参数在新的操作单元中进行存储,确保参数的稳定、可靠。4 结 语本文介绍的处理器运行参数存储方法借助系统中的硬件资源和软件资源实现了系统运行参数的存储,降低了设备的硬件成本和嵌入式软件的代码量。利用操作单元序号依次进行存储,不覆盖原有的备份参数,利用操作单元序号查找参数,使得数据存储和查询都简洁快速,若需要,可以恢复以前的多次备份参数。该参数存储方法在8位单片机系统和3 2位A RM系统中长期应用,针对系统运行过程中的多种运行场景,如第一次参数加载及存储、运行参数设置存储、校准系数存储、存储参数丢失自动加载出厂参数、手动存储当前的参数、手动加载以前备份的参数等,该算法都可稳定运行,没有发生因参数缺失导致系统不能运行的情况。参考文献1 张刚毅.单片机原理及应用M.北京:高等教育出版社,2 0 0 3.2 谭浩强.C语言设计M.北京:清华大学出版社,2 0 0 5.3 S i l i c o n L a b o r a t o r i e s i n c.C 8 0 5 2 F 0 2 0单片机D A T A S h e e t,2 0 2 0.3 意法半导体.S TM 3 2 F 4 0 7中文参考手册,2 0 2 0.4 W 2 5 Q 1 2 8 F L S AH数据存芯片D A T A S h e e t,2 0 2 0.5 周锋.一种基于存储芯片的小型数据备份算法及应用J.单片机与嵌入式系统应用,2 0 2 2,2 2(1 0):3.通信作者:周锋,2 5 3 1 0 5 7 1 4q q.c o m。(责任编辑:薛士然 收稿日期:2 0 2 2-1 1-2 2)莱迪思为5 G+网络基础设施提供精准定时和安全同步支持低功耗可编程器件的领先供应商近日宣布更新莱迪思O R A N解决方案集合,为开放式无线接入网(O R A N)的部署提供灵活、安全的定时和同步。莱迪思O R A N在现有的控制数据安全和低功耗硬件加速功能的基础上,实现了符合I E E E(电气和电子工程师协会)关键标准和I T U(国际电信联盟)规范的O R A N前传接口紧密同步,增强了该解决方案集合加速和保护当前及下一代客户应用的能力。上海莱迪思半导体有限公司是全球低功耗F P GA的领先供应商,为不断增长的通信、计算、工业、汽车和消费市场客户提供从网络边缘到云端的各类解决方案。上海莱迪思自1 9 9 3年设立上海研发中心至今已拥有成熟的研发团队,在上海、深圳、北京、西安和成都设有销售和技术支持办公室,分销商遍及3 0多个省市,为客户提供最可靠、专业的服务。成熟的技术、长期的合作伙伴关系以及世界一流的技术支持,使其客户能够快速、轻松地开启创新之旅,创造一个智能、安全和互连的世界。