[AutoSar NVM] 存储架构

依AutoSAR及公开知识辛苦整理，禁止转载。专栏《深入浅出AutoSAR》，全文 2900 字.

图片来源：知乎

汽车的ECU内存中有很多不同类型的变量，这些变量包括了车辆各个系统和功能所需的数据。大部分变量在ECU掉电后就会丢失，因为它们是易失性数据，无法长期保存。然而，在这些易失性数据之外，还存在一些非常重要的变量，它们被称为非易失性数据。

其中一个非易失性数据是车辆的VIN码（Vehicle Identification Number），VIN码是唯一标识一辆汽车身份信息的序列号。每辆汽车都有一个独特的VIN码，并且该码通常被用于注册、保险以及维修等方面。由于其重要性，VIN码需要在ECU掉电后仍能够保留。

另一个非易失性数据是防盗钥匙信息。现代汽车普遍采用了电子钥匙系统来提高安全性能。防盗钥匙信息包括了与钥匙配对相关的加密算法和认证机制等内容，在ECU掉电后依然需要保存以确保正确地进行身份验证和解锁操作。

此外，下线配置字也属于非易失性数据之一。下线配置字记录了生产过程中对某款汽车进行特定设置或调整时所使用到的参数和选项等信息。这些配置字可以影响到整个汽车系统运行状态和功能表现，在ECU掉电后仍需储存以确保恢复出厂设置或其他必要操作时能够准确应用。

为管理和维护所有这些重要而又不可丢失的非易失性数据，Autosar NVM模块应运而生。Autosar NVM（Non-Volatile Memory）模块专门负责处理与非易失性数据相关的存储、备份、读取和写入等任务。通过合理地管理NVM模块，可以有效地确保这些关键数据得到正确地保存，并在需要时能够快速访问。

Autosar NVM支持两种NV（Non-Volatile）变量存储方式：静态存储区域（Static Storage Area）和动态存储区域（Dynamic Storage Area）。

静态存储区域主要用于保存那些：

固定不变
只偶尔更新但占据空间较小
访问频率相对低的NV变量

而动态存储区域则适用于那些：

经常发生改变
更高访问频率
占据空间较大

Autosar 存储软件架构

AUTOSAR，存储模块软件架构分层依次是：

NVM->MemIf->Fee->FLS->FLASH

NVM是存储服务层，也就是存储模块最上层，该层是对外提供的接口。
MemIf是接口层，区分下面是Fee还是Ea。
Fee是Flash模拟EEPROM的抽象层。
Fls是flash驱动。AUTOSAR规范中是通过DFLASH模拟EEPROM的形式将数据存到DFLASH中的。

Autosar NVM

在基础软件的服务层中，Autosar NVM作为非易失性存储器管理工具。它不仅提供了多种同步/异步服务来维护和管理所有非易失性存储器（NV）数据，还具备一系列功能来满足各种需求。

首先，在数据操作方面，Autosar NVM提供了初始化、读取、写入和控制等功能。通过这些功能，开发人员可以轻松地对非易失性存储器中的数据进行操作，并确保数据的可靠性和完整性。无论是处理EEPROM还是Flash模拟等不同类型的非易失性存储器，在Autosar NVM这个层级上都以相同类型进行抽象处理，使得开发人员可以统一调用Autosar NVM提供的接口进行操作。

其次，在底层细节与应用程序解耦方面，Autosar NVM设计将底层细节与应用程序解耦合。具体而言，在MemIf层才会对具体存储介质进行区分。通过MemIf层，可以根据实际情况选择合适的驱动程序或算法来处理EEPROM或Flash模拟等不同类型的非易失性存储器。

此外，在错误检测和纠正机制方面，Autosar NVM支持自动监测并修复可能存在于非易失性存储器中的错误。这大大增强了系统对于数据完整性和稳定运行环境方面的保障。

NVRAM Block

在Autosar中规定了四种 NVRAM Block，分别为 NV Block、RAM Block、ROM Block、Administrative Block。

1. NV Block

NV Block是一种非易失性存储器块，用于存储需要在ECU断电后保持的数据。这种存储器的读写速度较慢，但具有高可靠性和长寿命。NV Block通常用于存储ECU的配置设置、故障码、历史数据等信息。

NV block是存储NV变量的基本结构，其中Header以及CRC校验非必须项。

2. RAM Block

RAM Block是一种随机存储器块，用于存储需要在ECU上电后才能保持的数据。这种存储器的读写速度较快，但是在ECU断电或重启后，存储的数据会丢失。RAM Block通常用于临时存储一些运行时数据，如缓存、栈、堆等。

缓存（Cache）是一种临时存储，在计算机系统中用于存储频繁使用的数据，加速计算机的运行速度。缓存由CPU内部或者外部芯片组实现，可以分为一级缓存、二级缓存等。

栈（Stack）是一种数据结构，它以先进后出的顺序存储数据，即后进先出。栈一般分配在内存的高地址，有一个指针记录下栈顶的位置。栈常用于函数调用、表达式求值、递归等操作。

堆（Heap）也是一种数据结构，它用于存储动态分配的内存。堆的内存分配和释放不是按照固定顺序进行的，也不是像栈那样有一个指针指向栈顶，而是由程序员自己控制的，因此堆中的内存可以被多个指针引用，也可以在程序的任何地方进行释放。

由于NV变量的写入与读取都是一件相对较慢的操作，而应用层逻辑操作周期速度又太快。直接操作NV block显然不合适，所以在进行读写之前，我们会建议一个同样大小的Ram空间来操作、使用、存放这些还没有被写入或者读取的NV值。

在NVM中规定了permanent，temporary 两种类型。其中永久型在项目配置时就必须输入指定的RAM地址；而临时型不需要在项目配置期间就设定

3. ROM Block

ROM Block是一种只读存储器块，用于存储只读数据。这种存储器的读取速度较快，但不能进行写操作，也不能在ECU运行时修改存储的数据。ROM Block通常用于存储ECU的程序代码、固件升级文件等。

4. Administrative Block

Administrative Block是一种系统级别的存储器块，用于存储ECU的元数据和管理信息。Administrative Block通常包含ECU的识别码、版本信息、访问权限等。

Administrative block是专门用于对NVRAM Block 与 RAM blcok 的数据安全性进行管理而设计的，它对应用层并不可见。

参考

META	Autosar NVM 介绍 - 知乎
AutoSar	AUTOSAR_SRS_MemoryServices.pdf
AutoSar	AUTOSAR_SWS_NVRAMManager.pdf
汽车工程师谈技术	Autosar nvm的机制原理是怎样的

Autosar Architecture (Learn from Scratch with Demo)