🌱 AUTOSAR - Quản Lý Bộ Nhớ Trên Các ECU và MemStack

    Trong suốt vòng đời của một chiếc xe, nhiều thông tin cần được ghi và đọc liên tục. Từ hiệu chuẩn cảm biến, lưu trữ lỗi, đến quản lý bộ nhớ. Với kiến trúc phần mềm Automotive, các tầng SWC, Application sẽ không quan tâm đến hardware, ở đây là tài nguyên bộ nhớ (Flash, EEPROM), nên Memstack sinh ra để giúp các tầng trên quản lý access bộ nhớ và tối ưu hiệu quả.

Mục Lục

• Giới Thiệu Về Quản Lý Bộ Nhớ Trong AUTOSAR
• Các Thành Phần Chính Của MemStack
• MemProtect và MemMonitor
• Ví dụ minh họa quy trình ghi dữ liệu Memstack
• Kết Luận

Giới Thiệu Về Quản Lý Bộ Nhớ Trong AUTOSAR

    Memory Stack (MemStack) cung cấp dịch vụ quản lý bộ nhớ cơ bản cho tầng ứng dụng và các module Basic Software (BSW) trong AUTOSAR. Điều này đảm bảo truy cập dữ liệu nhanh, ổn định và an toàn trên các thiết bị Flash, EEPROM.

Autosar Memory Stack

    Vai Trò Chính Của MemStack:

• Trừu tượng hóa: Giúp SWC và ứng dụng không cần biết loại bộ nhớ phần cứng.
• Quản lý tài nguyên: Đảm bảo phân bổ và sử dụng bộ nhớ hiệu quả.
• Độ tin cậy dữ liệu: Giữ dữ liệu quan trọng ngay cả khi hệ thống khởi động lại.

Các Thành Phần Chính Của MemStack

    MemStack bao gồm các thành phần như hình bên dưới đây:

Autosar Memory Stack Components

Non-Volatile Memory Manager (NvM)

    NvM là một phần của AUTOSAR Services Layer, nó quản lý lưu trữ dữ liệu liên tục trong ECU, đảm bảo dữ liệu quan trọng vẫn tồn tại qua các chu kỳ cấp nguồn. Module này cung cấp API để đọc / ghi vào bộ nhớ Non-Volatile như EEPROM, Flash, đảm bảo trừu tượng hóa phần cứng.

• Mỗi block được đồng bộ với một vùng RAM cố định.
• Dữ liệu được đảm bảo tính toàn vẹn bởi CRC16 hoặc CRC32.
• Mỗi block có thể là block đơn, dự phòng, hoặc tập hợp các block, có thể cấu hình mức độ ưu tiên cho mỗi block, cấu hình Write-protected hoặc Write-one; Bảo vệ dữ liệu quan trọng ngay lập tức.

    Mỗi NvM Block bao gồm:

• Một hoặc nhiều khối NvM (lưu trữ vật lý trong bộ nhớ Non-Volatile – Eeprom hoặc Flash)
• Một khối optional RAM, thuộc về Application, sẽ được đồng bộ hóa với khối NvM
• Một khối optional ROM, thuộc về Application, chứa nội dung mặc định (sẽ được khôi phục trong chính block trong trường hợp có sự cố trong quá trình khởi tạo)

    Các thông tin API của NvM có thể tham khảo trong tài liệu Spec chuẩn của Autosar
    ➤ Specification of NVRAM Manager

Memory Interface (MemIf)

    MemIf là một thành phần của AUTOSAR ECU Abstraction Layer, mục đích nhằm "trừu tượng hóa" các tầng memory driver - tức là Software Component sẽ không cần quan tâm đến loại bộ nhớ ở bên dưới là EEPROM hay Flash, cũng như Internal hay External Memory.

    Module này cung cấp Interface thống nhất để truy cập các loại thiết bị bộ nhớ khác nhau, bao gồm RAM, ROM, EEPROM và Flash.

    ➤ Tài liệu Spec về MemIf

Flash EEPROM Emulation (Fee)

    FEE được thiết kế để cung cấp khả năng lưu trữ non-volatile memory giống như EEPROM, nhưng sử dụng bộ nhớ Flash để thay thế. Điều này rất quan trọng vì EEPROM có chi phí sản xuất cao hơn và thường bị hạn chế về dung lượng so với Flash, nhờ đó việc sử dụng FEE sẽ giúp tiết kiệm chi phí và tăng cường khả năng lưu trữ.

    FEE hoạt động bằng cách mô phỏng hành vi của EEPROM trên bộ nhớ Flash, cung cấp một giao diện tiêu chuẩn để lưu trữ và truy xuất dữ liệu.

• Flash Memory: Được sử dụng làm bộ lưu trữ vật lý.
• EEPROM Emulation: Tạo lớp trừu tượng để giao tiếp với Flash như thể đó là EEPROM thực tế.
• Quản lý vòng đời: Bao gồm các cơ chế như ghi dữ liệu mới, xóa khối nhớ cũ, và di chuyển dữ liệu để tối ưu hóa không gian bộ nhớ.

    ➤ Specification of Flash EEPROM Emulation

EEPROM Abstraction (Ea)

    Ea cung cấp một lớp trừu tượng giữa Non-Volatile Memory Manager (NvM) và EEPROM driver hoặc Flash EEPROM Emulation (FEE). Mục tiêu của Ea là chuẩn hóa cách truy cập dữ liệu từ các loại bộ nhớ non-volatile memory như EEPROM hoặc Flash. Ea đóng vai trò như một lớp trung gian, đảm bảo rằng phần mềm ứng dụng có thể sử dụng bộ nhớ không thay đổi mà không cần quan tâm đến loại bộ nhớ vật lý cụ thể.

    ➤ Specification of EEPROM Abstraction

Flash Driver (Fls) và EEPROM Driver (Eep)

    Fls và Eep là 2 module thuộc tầng MCAL dùng để thao tác với phần cứng 2 loại bộ nhớ là Flash và EEPROM. Hai module này cơ bản cung cấp API cho việc Ghi / Xóa / Đọc dữ liệu từ bộ nhớ vật lý.

    ➤ Specification of Flash Driver
    ➤ Specification of EEPROM Driver

    Thách Thức Trong Quản Lý Bộ Nhớ Trên ECU

• Tài nguyên hạn chế: Cần tối ưu hóa bộ nhớ để tránh lãng phí.
• Tính toàn vẹn dữ liệu: Đảm bảo không mất dữ liệu quan trọng trong trường hợp khởi động lại hệ thống.
• Phân mảnh bộ nhớ: Quản lý động bộ nhớ tránh hiện tượng phân mảnh.

MemProtect (Memory Protection Module) và MemMonitor (Memory Monitoring Module)

    Các thành phần quản lý bộ nhớ như MemProtect (Memory Protection Module) và MemMonitor (Memory Monitoring Module) đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính toàn vẹn và an toàn của dữ liệu cũng như hoạt động của hệ thống.

    MemProtect thường hoạt động tại lớp ECU (ECAL) hoặc MCAL trong AUTOSAR, có nhiệm vụ thực thi các cơ chế bảo vệ bộ nhớ để ngăn chặn truy cập trái phép vào các vùng bộ nhớ quan trọng. Nó sử dụng các tính năng bảo vệ bộ nhớ được thực thi bằng phần cứng, chẳng hạn như module Memory Protection Unit (MPU).

    Memory Monitoring cung cấp khả năng giám sát và chẩn đoán thời gian thực về việc sử dụng bộ nhớ trong ECU. MemMonitor hoạt động chủ yếu ở tầng Basic Software (BSW) trong AUTOSAR. Nó theo dõi mức tiêu thụ bộ nhớ, phát hiện rò rỉ bộ nhớ và cảnh báo hệ thống trong trường hợp tràn bộ nhớ hoặc thiếu bộ nhớ.

Ví dụ minh họa quy trình ghi dữ liệu Memstack

Autosar memstack write data example

1. SWC (Software Component)

• SWC yêu cầu ghi dữ liệu (block) có tên "CALIBRATION_1" với giá trị 0x12345678.
• Giá trị dữ liệu sẽ được gửi qua NVRAM Manager.

2. NVRAM Manager (NVM):

• NVRAM Manager chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu để đảm bảo an toàn và quản lý việc ghi bộ nhớ non-volatile (NVRAM).
• Thao tác thực hiện:
  1. Thêm CRC:
     • CRC (Cyclic Redundancy Check) được thêm vào dữ liệu để kiểm tra tính toàn vẹn.
     • Dữ liệu sau khi thêm CRC là 0x12345678F0E1.
  2. Phân chia khối (Redundancy Block):
     • Dữ liệu "CALIBRATION_1" được ánh xạ thành các block như CALIB_1_BLOCK_0, CALIB_1_BLOCK_1.
  3. Gửi yêu cầu ghi xuống Memory Abstraction Interface (MemIf).

3. Memory Abstraction Interface (MemIf):

• MemIf đóng vai trò là tầng trừu tượng hóa, chuyển tiếp các yêu cầu từ NVM tới module bộ nhớ thực tế, ở đây là:
  • Flash Emulated EEPROM (FEE).

4. Flash Emulated EEPROM (FEE):

• FEE chịu trách nhiệm ánh xạ dữ liệu logic từ ứng dụng thành dữ liệu vật lý trên bộ nhớ Flash.
• Thao tác chính:
  1. Xử lý ràng buộc căn chỉnh (Alignment Constraints):
     • Đảm bảo dữ liệu được căn chỉnh phù hợp với yêu cầu phần cứng.
  2. Thêm dữ liệu quản lý (Management Data):
     • Các thông tin quản lý được bổ sung vào dữ liệu, tạo thành chuỗi dữ liệu phức hợp, ví dụ:

       0x12345678F0E1FFFF000000060020000060046AB00
       

  3. Ánh xạ địa chỉ vật lý:
     • Tính toán địa chỉ vật lý tương ứng trong bộ nhớ Flash để ghi dữ liệu.

5. EEPROM Driver và Flash Driver (MCAL FLS):

• EEPROM Driver và Flash Driver trong tầng MCAL (Microcontroller Abstraction Layer) thực hiện việc truy cập trực tiếp vào phần cứng.
• Dữ liệu được ghi vào bộ nhớ tương ứng:
• EEPROM hoặc Flash.

6. Bộ nhớ vật lý (EEPROM/FLASH):

• Dữ liệu được ghi vào bộ nhớ vật lý tại các địa chỉ cụ thể. Ví dụ:
  • 0xFF200000: Chứa thông tin dữ liệu chính.
  • 0xFF200010: Chứa thông tin quản lý hoặc dự phòng.

Kết Luận

    Memory Stack trong AUTOSAR là một giải pháp mạnh mẽ giúp quản lý bộ nhớ trên các ECU, từ việc đọc, ghi dữ liệu đến tối ưu hóa hiệu suất. Việc hiểu rõ MemStack không chỉ giúp lập trình viên tối ưu hóa ứng dụng mà còn đảm bảo tính ổn định và an toàn cho các hệ thống ô tô hiện đại.

👉 Đừng quên ghé thăm Lập Trình Điện Tử để cập nhật thêm nhiều kiến thức mới về lập trình nhúng và AUTOSAR.

>>>>>> Follow ngay <<<<<<<

Để nhận được những bài học miễn phí mới nhất nhé 😊
Chúc các bạn học tập tốt 😊