徐 杰，唐 甜，劉 曉（中航工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所，西安，710065）

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一種嵌入式系統(tǒng)電源掉電保護方法

徐 杰，唐 甜，劉 曉
（中航工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所，西安，710065）

摘要：本文介紹了嵌入式系統(tǒng)掉電保護的必要性，分析了掉電保護對硬件系統(tǒng)的基本要求，總結(jié)了軟件對掉電信號的捕捉、處理方法、描述了數(shù)據(jù)及現(xiàn)場狀態(tài)的恢復(fù)過程。

關(guān)鍵詞：掉電保護；嵌入式系統(tǒng)

0 引言

系統(tǒng)防掉電設(shè)計的目的是采用一種機制，使得系統(tǒng)在意外失去供電的情況下，可以保證系統(tǒng)運行狀態(tài)的確定性以及記錄數(shù)據(jù)的完整性；當系統(tǒng)供電恢復(fù)后，現(xiàn)場數(shù)據(jù)可以及時恢復(fù)，避免應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生混亂。本文介紹了一種簡單可靠的嵌入式系統(tǒng)掉電保護方法，重點說明其軟件處理流程。此方法充分考慮到系統(tǒng)運行狀態(tài)，能夠很好地解決掉電保護的問題。

圖1 冷熱起動軟件執(zhí)行流程示意圖

1 掉電保護功能的硬件系統(tǒng)概述

掉電保護就是要在系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)掉電時保護系統(tǒng)參數(shù)，以便電源恢復(fù)后能夠繼續(xù)掉電前的狀態(tài)正常運行。因此在本系統(tǒng)中采用儲能電路為RAM芯片供電。電源中斷后，RAM供電電路需繼續(xù)給RAM芯片提供t1的供電支持，使RAM內(nèi)的數(shù)據(jù)在t1時間內(nèi)不會丟失；另外，硬件電路還需監(jiān)控電源信號，在電源電壓下降到任何一芯片不能正常工作前進行硬件復(fù)位，防止掉電過程中因電路電平隨機變化造成的誤操作。如供電能夠在t1時間內(nèi)恢復(fù)，則產(chǎn)生熱起動信號（~WSTART），并將復(fù)位信號置為無效狀態(tài)。

2 掉電保護的軟件處理流程

硬件電路的設(shè)計只能產(chǎn)生掉電信號，保證在掉電過程中RAM中的參數(shù)不丟失。對于整個系統(tǒng)，必須硬件與軟件配合才能夠真正實現(xiàn)系統(tǒng)的掉電保護。掉電保護軟件的設(shè)計思路就是：捕捉掉電信號、處理掉電信號、數(shù)據(jù)及現(xiàn)場狀態(tài)的恢復(fù)。

本系統(tǒng)中軟件處理流程如圖1所示。

2.1 冷熱起動判別

圖2 冷熱起動判別方法示意圖

嵌入式系統(tǒng)欠壓時產(chǎn)生硬件復(fù)位信號，待電源恢復(fù)時，軟件自程序入口開始執(zhí)行，進行冷熱起動判別。冷熱起動判別方法如圖2所示。當軟件檢測到熱起動信號有效且RAM中的數(shù)據(jù)得以保持時，軟件執(zhí)行熱起動流程。

為檢測掉電前RAM中的數(shù)據(jù)是否得到保持，軟件監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)，如運行狀態(tài)非控制空閑狀態(tài)時，軟件將RAM中的某固定地址addr賦值為常數(shù)c，否則將該地址賦值為0。冷熱起動判別時，讀取該地址存儲的數(shù)據(jù)并與c比較，一致則認為RAM的數(shù)據(jù)得以保持。

2.2 熱起動處理流程

與冷起動不同，熱起動時軟件不執(zhí)行上電初始化、上電自檢等流程，而是根據(jù)RAM中存儲的現(xiàn)場數(shù)據(jù)直接進入系統(tǒng)控制狀態(tài)，快速實現(xiàn)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場信息的恢復(fù)。

2.3 掉電故障的檢測

為檢測掉電故障，在嵌入式系統(tǒng)自帶的NVRAM芯片中分配LEN個字節(jié)的存儲區(qū)域loss_pwr，用于記錄掉電標志，其中最后一個字節(jié)用于存放索引值index，其范圍為［0， LEN-2］。系統(tǒng)正常運行時，軟件周期性向loss_pwr［index］中寫入0x55，系統(tǒng)正常下電時寫入0xAA；另外在NVRAM中分配其他地址空間用于存儲日期、時間，系統(tǒng)正常運行時周期性地進行更新。這樣在檢測到掉電故障時，還可從NVRAM中獲取掉電時的近似日期與時間，便于后續(xù)的故障排除。

系統(tǒng)電源恢復(fù)后讀取NVRAM中該單元的值，如為0x55，表明上次下電為非正常下電，形成電源中斷故障標志。并記錄故障信息。

3 結(jié)論

經(jīng)上述處理后，電源瞬時掉電恢復(fù)后能夠繼續(xù)掉電前的狀態(tài)運行，快速恢復(fù)系統(tǒng)的正常工作；另外，采用軟件設(shè)計方法實現(xiàn)了掉電故障的檢測，故障及故障現(xiàn)場信息的記錄，并對電源掉電執(zhí)行控制保護功能，確保維護人員及時發(fā)現(xiàn)并排除該故障，保證系統(tǒng)正常工作。掉電故障檢測及記錄方法考慮到EEPROM擦寫壽命有限的問題。掉電保護方法切實可行可靠。

參考文獻

［1］王兵，陳軍東.嵌入式系統(tǒng)掉電保護的一種設(shè)計方法［J］.單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2005， 11.

［2］李宇.基于單片機系統(tǒng)可靠性的掉電保護的研究［J］.集成電路與元器件卷，2014年第07期.

A Method of Power Fail Protection for Embedded System

Xu Jie，Tang Tian，Liu Xiao
（Xi'an Aeronautics Computing Technique Research Institute，AVIC， Xi'an，710065 China）

Abstract：This paper analysed the necessity of power fail protection for embedded system，provided basic hardware demand，discussed the method to catch and deal with the signal of power fail，and provided a way for data recovery.

Keywords：Power Fail Protection；Embedded System

作者簡介

徐杰（1985-），女，工程師，主要從事計算機應(yīng)用工程研究。