作為係統的核心控製部分，MCU主平台的診斷機製就是最關鍵的部分。針對一般通用的MCU

，以Piccolo C2000係列為例，硬件上提供了一些診斷或者校驗機製
，如下所示：

 

 

同時TI也提供了一些軟件診斷方案
，如MSP430 IEC60730 Software Package和C2000 SafeTI 60730 SW Packages軟件庫等，可以提供很多的診斷測試功能
，例如CPU
、時鍾、外設、RAM等的診斷，已經可以滿足一部分的需求。如下圖所示為C2000 SafeTI 60730 SW Packages中的功能和資源消耗。

 

然而在實際的應用中
，有些安全標準要求對RAM進行周期性的在線診斷，同時不能影響程序的正常運行。但是程序在運行過程中存儲在RAM中的數據會實時的變化
，而RAM的診斷往往會破壞這些存儲的數據，比如電機控製類的實時性要求較高的場合。所以在沒有ECC的情況下

，如何對RAM進行實時在線的診斷是一個值得討論的問題。

 

 

下麵以電機控製為例

，討論硬件校驗的實現，尤其是RAM在線檢測的過程。

 

1. 係統軟件流程

 

非破壞性的診斷可以放在背景循環裏麵進行
，這些軟件診斷不會對實時性中斷造成影響
，例如看門狗測試，內部晶振測試
，FLASH CRC校驗，靜態變量RAM CRC校驗，堆棧溢出判斷
，以及GPIO口診斷等。另外一些破壞性的或者對實時控製有影響的診斷，可以放到主中斷中進行
，如RAM March校驗，ALU診斷以及CPU寄存器診斷等。具體流程圖如下所示：

 

 

2. RAM診斷的方法

 

以C2000 SafeTI 60730 SW Packages為例，主要提供了兩種RAM檢測方式。

 

一種是CRC檢測STL_CRC_TEST_testRam
，此功能用於測試RAM的位錯誤。該測試以0和1的交替模式填充被測RAM區域
，並使用PSA計算RAM的CRC。對於給定的RAM存儲器區域，如果RAM存儲器中沒有任何stuck bit，則CRC值應始終相同。並行串行分析器（PSA）是c28x器件中的一個模塊，可用於生成40位給定存儲區域上的CRC。 PSA多項式為Y = x40 + x21 + x19 + x2 + 1。PSA通過監視數據讀取數據總線（DRDB）來計算CRC值。 一旦激活就會監控Data Read Data Bus (DRDB)，當CPU通過DRDB讀取數據時
，PSA每個時鍾周期會為DRDB上的數據生成一個CRC。由於此測試具有破壞性，因此需要將要測試的RAM內容保存到單獨的RAM位置。

 

 

當然也可以使用軟件CRC的方式，使用起來更靈活，並且可以選擇非破壞性的方式來計算CRC，對一些靜態常量存儲的區域可以考慮這種CRC方式。另外一點是軟件CRC算法可以更方便的進行代碼評估，以滿足不同安全標準的要求。

 

另一種是MARCH檢測STL_MARCH_TEST_testRam
，此功能直接對RAM進行32bit的讀寫測試，可以選擇進行MarchC 13N或者MarchC-測試。由於此測試具有破壞性，因此也需要將要測試的RAM內容保存到單獨的RAM位置。

 

 

3. RAM在線檢測的實現

 

由於需要周期性的RAM檢測，以電機控製為例，可以將RAM檢測放到主中斷裏麵執行。同時關鍵是不能影響控製程序的運行和實時性
，所以主要考慮兩點：

 

第一是主中斷時間有限
，要盡可能減小RAM檢測的時間
，所以可以將RAM分成多個小段進行檢測
，每段RAM越小，占用中斷的時間越小，但是所有RAM檢測一遍的時間會變長，這個需要綜合考慮。

 

第二是不能破壞RAM中的變量值
，所以在檢測是之前將RAM段中的內容保存到專門區域，戴檢測完成並且通過之後，再將保存好的數據恢複過來，使用memCopy來提高效率。

 

具體實現方法如下：

 

首先定義好各個RAM區間的地址範圍，可以參考具體的數據手冊，如下所示：

 

 

然後定義好檢測的範圍和每次檢測的數據長度：

 

 

注意由於STL_MARCH_TEST_testRam函數執行32位讀/寫測試，而在測試RAM單元陣列時，由於RAM單元的16位體係結構，所以要求起始地址為偶數
，結束地址為奇數，可以測試的最大內存範圍限製為65535個32位字。所以要求測試長度也需要為奇數。

 

在主中斷裏麵的RAM在線檢測函數裏
，首先將要檢測區域的RAM值保存下來：

 

if ((gStructSTLMonitor.NowRamAddrStart >= MARCH_RAM_START)

 

       && (gStructSTLMonitor.NowRamAddrStart <= (MARCH_RAM_END-RAM_CHK_NUM)))

 

{

 

gStructSTLMonitor.NowRamAddrEnd = gStructSTLMonitor.NowRamAddrStart + RAM_CHK_NUM;

 

memCopy((uint16_t *)gStructSTLMonitor.NowRamAddrStart,(uint16_t *)

 

         gStructSTLMonitor.NowRamAddrEnd,(uint16_t *)MARCH_RAM_BK);

 

}

 

然後進行檢測：

 

gStructSTLMonitor.status = STL_MARCH_TEST_testRam((uint32_t *)

 

   gStructSTLMonitor.NowRamAddrStart,(uint32_t *)gStructSTLMonitor.NowRamAddrEnd);

 

if(gStructSTLMonitor.status != SIG_RAM_MARCH_TEST)

 

{

 

STL_SetFail();

 

}

 

else

 

{

 

memCopy((uint16_t *)MARCH_RAM_BK,(uint16_t *)(MARCH_RAM_BK + RAM_CHK_NUM),

 

(uint16_t *)gStructSTLMonitor.NowRamAddrStart);

 

gStructSTLMonitor.NowRamAddrStart = gStructSTLMonitor.NowRamAddrEnd + 1;

 

gStructSTLMonitor.gTestStep++;

 

}

 

注意檢測成功之後馬上恢複當前區域的RAM值，並為下一次檢測做好準備。如果檢測發現故障，則進入故障處理函數。

 

參考文檔：

 

1. IEC60730 Safety Library for TMS320F2806x USER’S GUIDE

2. Safety Manual for C2000™ MCUs in IEC60730 Safety Applications (SPRUHI3A)

 

 

推薦閱讀：