Реализация счетчика наработки на микроконтроллере 1986BE92QI
Здравствуйте. Хочу поделиться алгоритмом и программной реализацией счетчика времени наработки изделия на микроконтроллере 1986BE92QI на языке Си.
Очень часто появляется необходимость отсчитывать время, отработанное некоторым устройством. Для ведения счетчика наработки необходимо периодически с определенным интервалом времени, например каждую минуту, обновлять значение, хранящееся в ячейке энергонезависимой памяти EEPROM. К сожалению, ресурс циклов записи и стирания этих ячеек памяти обычно мал и составляет около 10.000 циклов (по оценке производителя). Значит, если стирать и перезаписывать значение в одну и туже ячейку памяти с интервалом в 1 минуту, то ресурс ячейки будет израсходован примерно за неделю. Для увеличения этого времени можно использовать не одну ячейку, а все ячейки некоторой, свободной страницы памяти, например последней. Это даст нам 1024×10.000 запас циклов записи и стирания, что эквивалентно, примерно 19 годам при ежеминутной перезаписи значений счетчика. Или использовать даже две страницы, в зависимости от требований. В микроконтроллере 1986BE92QI доступны 32 страницы энергонезависимой памяти для записи программы и 1 страница информационной энергонезависимой памяти по 4 кбайт. Каждая страница поделена на 4 сектора (SECTOR_A, SECTOR_B, SECTOR_C, SECTOR_D). Разбитие страницы на сектора дает возможность стирать данные страницы не целиком, а поблочно по 256 четырех байтных слова в четыре этапа.
Итак, для ведения счетчика наработки можно использовать следующий алгоритм. Значение счетчика записывается в первую ячейку первого сектора (SECTOR_A). Через минуту происходит инкремент счетчика и его значение записывается во вторую ячейку первого сектора и так до конца сектора. Затем осуществляется переход на следующий сектор (SECTOR_B), но перед записью значений происходит стирание этого сектора и выполняется запись значения в первую ячейку сектора B, затем во вторую ячейку и так далее до конца страницы. Заполнение всей страницы данными происходит за 1024 минуты. Когда вся страница заполнена осуществляется переход на первый сектор SECTOR_A, он предварительно очищается, т.к. сохранившиеся там данные нам уже не нужны, ведь самые актуальные значения находятся в секторе D. И продолжается запись данных уже в первый сектор.
Каждое записываемое в ячейку памяти значение состоит из четырех байт. В первых трех байтах находится само значение счетчика минут. В четвертом байте 8 битная, посчитанная для этих трех байт контрольная сумма CRC8. Эта контрольная сумма позволяет определять испорченность записанных данных. Ниже приведена структура записываемого в память значения счетчика с тремя байтами данных uint8_t val[3] и байтом контрольной суммы uint8_t crc.
typedef struct
{
union
{
struct
{
uint8_t val[3];
uint8_t crc;
};
uint32_t value;
};
} counter_value_t;Если записанная контрольная сумма не будет совпадать с подсчитанной контрольной суммой, то это означает, что данные в данной ячейке испорчены и их использовать нельзя и необходимо взять предыдущее значение минут. Потеря одной-двух минут не будет критичной, если надо подсчитать несколько лет наработки.
Испортить записываемое значение также возможно, если произойдет отключение питания микроконтроллера во время записи в ячейку EEPROM. Наличие контрольной суммы также позволяет определять испорченные значения при записи.
При первом запуске микроконтроллер проходится последовательно по каждой ячейке памяти страницы, считывает значение счетчика и ищется максимальное не испорченное значение. С адреса следующего за этим значением продолжится ведение записи счетчика в память.
В листинге ниже представлен код на языке Си для реализации описанного алгоритма.
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
// Стартовый адрес страницы для записи.
#define PAGE 0x0801F000
#define SECTORA (PAGE)
#define SECTORB (PAGE + 0x04)
#define SECTORC (PAGE + 0x08)
#define SECTORD (PAGE + 0x0C)
// Кол-во секторов в странице
#define SECTORS 4
// Кол-во 32 битных слов в странице
#define WORDS 256
// EEPROM Bank Selector
#define BANK_SELECT EEPROM_Main_Bank_Select
#define EEPROM_REG_ACCESS_KEY ((uint32_t)0x8AAA5551)
#define DELAY_LOOP_CYCLES (8UL)
#define GET_US_LOOPS(N) ((uint32_t)((float)(N) * FLASH_PROG_FREQ_MHZ / DELAY_LOOP_CYCLES))
#pragma anon_unions
typedef struct
{
union
{
struct
{
uint8_t val[3]; // Значение счетчика
uint8_t crc; // Контрольная сумма
};
uint32_t value;
};
} counter_value_t;
typedef enum {
RC_OK = 0,
RC_EMPTY = 1,
RC_CRCERR = 2
}rc_mem_t;
const uint32_t sectors[4]={
SECTORA,
SECTORB,
SECTORC,
SECTORD
};
uint32_t last_eeprom_word = 0; // Последнее прочитанное значение
uint32_t eeprom_word = 0; // Текущее прочитанное значение
uint32_t sector = 0; // Текущий сектор
uint32_t position = 0; // Текущая позиция в секторе
/**----------------------------------------------------------------------------
* @brief Program delay.
* @param loops: Number of the loops.
* @retval None.
*/
__RAMFUNC static void ProgramDelay(uint32_t loops)
{
volatile uint32_t i = loops;
for (; i > 0; i--)
{
}
}
/**-----------------------------------------------------------------------------
* @brief Стирание одного сектора.
* @param adress: начальный адрес сектора.
* @param bankSelector: выбранный банк памяти.
* @retval None.
*/
__RAMFUNC void EEPROM_EraseSector(uint32_t address, uint32_t bankSelector)
{
uint32_t Command;
assert_param(IS_EEPROM_BANK_SELECTOR(BankSelector));
MDR_EEPROM->KEY = EEPROM_REG_ACCESS_KEY;
Command = (MDR_EEPROM->CMD & EEPROM_CMD_DELAY_Msk) | EEPROM_CMD_CON;
Command |= (bankSelector == EEPROM_Info_Bank_Select) ? EEPROM_CMD_IFREN : 0;
MDR_EEPROM->CMD = Command;
MDR_EEPROM->ADR = address; // Page Address
MDR_EEPROM->DI = 0;
Command |= EEPROM_CMD_XE | EEPROM_CMD_ERASE;
MDR_EEPROM->CMD = Command;
ProgramDelay(GET_US_LOOPS(5)); // Wait for 5 us
Command |= EEPROM_CMD_NVSTR;
MDR_EEPROM->CMD = Command;
ProgramDelay(GET_US_LOOPS(40000)); // Wait for 40 ms
Command &= ~EEPROM_CMD_ERASE;
MDR_EEPROM->CMD = Command;
ProgramDelay(GET_US_LOOPS(5)); // Wait for 5 us
Command &= ~(EEPROM_CMD_XE | EEPROM_CMD_NVSTR);
MDR_EEPROM->CMD = Command;
ProgramDelay(GET_US_LOOPS(1)); // Wait for 1 us
Command &= EEPROM_CMD_DELAY_Msk;
MDR_EEPROM->CMD = Command;
MDR_EEPROM->KEY = 0;
}
/**-----------------------------------------------------------------------------
* @brief Получение значения.
* @param adress: адресс ячеки для чтения.
* @param bankSelector: выбранный банк памяти.
* @param value: указатель на переменную для чтения значения из памяти.
* @retval Результат операции.
*/
rc_mem_t GetWord(uint32_t address, uint32_t bankSelector, uint32_t * value)
{
rc_mem_t ret = 0;
counter_value_t count;
uint8_t crc = 0;
address -= address % 4;
__disable_irq();
count.value = EEPROM_ReadWord (address, bankSelector);
__enable_irq();
crc = getCRC8byTable( count.val, 3);
if (count.value == 0xFFFFFFFF)
ret = RC_EMPTY;
else if (count.crc != crc)
ret = RC_CRCERR;
else
{
ret = RC_OK;
*value = count.value & 0x00FFFFFF;
}
return ret;
}
/**-----------------------------------------------------------------------------
* @brief Запись значения в память.
* @param adress: адресс ячеки для записи.
* @param bankSelector: выбранный банк памяти.
* @param value: значение для записи в ячейку памяти.
* @retval Результат операции.
*/
void SetWord(uint32_t address, uint32_t bankSelector, uint32_t value)
{
counter_value_t count;
address -= address%4;
memcpy( count.val, &value, 3);
count.crc = getCRC8byTable( count.val, 3);
__disable_irq();
EEPROM_ProgramWord ( address, bankSelector, count.value);
__enable_irq();
}
/**-----------------------------------------------------------------------------
* @brief Ведение счетчика.
* @param Нет.
* @retval Нет.
*/
void Moto()
{
static uint8_t isFirst = 1;
uint32_t i = 0;
rc_mem_t ret = 0;
// поиск текущего сектора
for (i = sector, last_eeprom_word = 0; i < 4; i++)
{
ret = GetWord(sectors[i], BANK_SELECT, &eeprom_word);
if ( ret == RC_EMPTY || ret == RC_CRCERR || eeprom_word < last_eeprom_word)
break;
else
{
sector = i;
last_eeprom_word = eeprom_word;
}
}
// поиск текущей позиции в секторе
for (i = 0; i < WORDS; i++)
{
ret = GetWord(sectors[sector] + i * 16, BANK_SELECT, &eeprom_word);
if (ret == RC_EMPTY)
break;
else if (ret != RC_EMPTY)
last_eeprom_word = eeprom_word + 1;
}
position = i;
if (isFirst)
{
isFirst = 0;
return;
}
// стираем следующий сектор, если начинать сначала
if (position == WORDS)
{
position = 0;
sector++;
if(sector == SECTORS )
sector = 0;
__disable_irq();
EEPROM_EraseSector(sectors[sector], BANK_SELECT);
__enable_irq();
}
// записываем значение + 1
SetWord(sectors[sector] + position * 16, BANK_SELECT, last_eeprom_word);
}
/**----------------------------------------------------------------------------
* @brief Получение значения.
* @param Нет.
* @retval Значение счетчика.
*/
uint32_t GetMoto()
{
return last_eeprom_word;
}
/**-----------------------------------------------------------------------------
* @brief Установка значения счетчика.
* @param value: Значение счетчика.
* @retval Нет.
*/
void SetMoto(uint32_t value)
{
__disable_irq();
EEPROM_ErasePage (PAGE, BANK_SELECT);
__enable_irq();
sector = 0;
position = 0;
last_eeprom_word = value;
SetWord(sectors[sector] + position * 16, BANK_SELECT, value);
}
Стоит обратить внимание, что при записи в EEPROM блокируются прерывания. Это может быть довольно критичным недостатком для приложений, в которых реализованы различные защиты на других прерываниях, например, прерываниях по компаратору.
Данная реализация счетчика содержит только минимальный необходимый набор проверок и контроля ошибок и не претендует на максимальную полноту охвата решаемой проблемы. Можно придумать и добавить дополнительные проверки, например, проверку сохраненного значения в памяти непосредственно после записи и т.д.
И, на всякий случай, реализация алгоритма вычисления контрольной суммы CRC8 табличным методом.
#include
const uint8_t crc8tab[256] =
{
0x00, 0x31, 0x62, 0x53, 0xC4, 0xF5, 0xA6, 0x97,
0xB9, 0x88, 0xDB, 0xEA, 0x7D, 0x4C, 0x1F, 0x2E,
0x43, 0x72, 0x21, 0x10, 0x87, 0xB6, 0xE5, 0xD4,
0xFA, 0xCB, 0x98, 0xA9, 0x3E, 0x0F, 0x5C, 0x6D,
0x86, 0xB7, 0xE4, 0xD5, 0x42, 0x73, 0x20, 0x11,
0x3F, 0x0E, 0x5D, 0x6C, 0xFB, 0xCA, 0x99, 0xA8,
0xC5, 0xF4, 0xA7, 0x96, 0x01, 0x30, 0x63, 0x52,
0x7C, 0x4D, 0x1E, 0x2F, 0xB8, 0x89, 0xDA, 0xEB,
0x3D, 0x0C, 0x5F, 0x6E, 0xF9, 0xC8, 0x9B, 0xAA,
0x84, 0xB5, 0xE6, 0xD7, 0x40, 0x71, 0x22, 0x13,
0x7E, 0x4F, 0x1C, 0x2D, 0xBA, 0x8B, 0xD8, 0xE9,
0xC7, 0xF6, 0xA5, 0x94, 0x03, 0x32, 0x61, 0x50,
0xBB, 0x8A, 0xD9, 0xE8, 0x7F, 0x4E, 0x1D, 0x2C,
0x02, 0x33, 0x60, 0x51, 0xC6, 0xF7, 0xA4, 0x95,
0xF8, 0xC9, 0x9A, 0xAB, 0x3C, 0x0D, 0x5E, 0x6F,
0x41, 0x70, 0x23, 0x12, 0x85, 0xB4, 0xE7, 0xD6,
0x7A, 0x4B, 0x18, 0x29, 0xBE, 0x8F, 0xDC, 0xED,
0xC3, 0xF2, 0xA1, 0x90, 0x07, 0x36, 0x65, 0x54,
0x39, 0x08, 0x5B, 0x6A, 0xFD, 0xCC, 0x9F, 0xAE,
0x80, 0xB1, 0xE2, 0xD3, 0x44, 0x75, 0x26, 0x17,
0xFC, 0xCD, 0x9E, 0xAF, 0x38, 0x09, 0x5A, 0x6B,
0x45, 0x74, 0x27, 0x16, 0x81, 0xB0, 0xE3, 0xD2,
0xBF, 0x8E, 0xDD, 0xEC, 0x7B, 0x4A, 0x19, 0x28,
0x06, 0x37, 0x64, 0x55, 0xC2, 0xF3, 0xA0, 0x91,
0x47, 0x76, 0x25, 0x14, 0x83, 0xB2, 0xE1, 0xD0,
0xFE, 0xCF, 0x9C, 0xAD, 0x3A, 0x0B, 0x58, 0x69,
0x04, 0x35, 0x66, 0x57, 0xC0, 0xF1, 0xA2, 0x93,
0xBD, 0x8C, 0xDF, 0xEE, 0x79, 0x48, 0x1B, 0x2A,
0xC1, 0xF0, 0xA3, 0x92, 0x05, 0x34, 0x67, 0x56,
0x78, 0x49, 0x1A, 0x2B, 0xBC, 0x8D, 0xDE, 0xEF,
0x82, 0xB3, 0xE0, 0xD1, 0x46, 0x77, 0x24, 0x15,
0x3B, 0x0A, 0x59, 0x68, 0xFF, 0xCE, 0x9D, 0xAC
};
//-----------------------------------------------------------------------------
//
// getCRC8byTable
//
// Calculation of the CRC-8
//
// Parametric model of CRC-8 algorithm:
// Name : CRC-8
// Poly : 0x31 x^8 + x^5 + x^4 + 1
// Init : 0xFF
// Revert: false
// XorOut: 0x00
// Check : 0xF7 ("123456789")
// MaxLen: 15 bytes(127 bits) - detection of single, dual,
// triple and all odd errors
//
uint8_t getCRC8byTable( uint8_t* arr, uint16_t len )
{
uint8_t crc8 = 0xff;
unsigned int i;
for( i = 0; i< len; i++)
{
crc8 = crc8tab[ crc8 ^ arr[i] ];
}
return crc8;
}
//-----------------------------------------------------------------------------
//
// getCRC8
//
// calculation of the CRC directly
//
// Parametric model of CRC-8 algorithm:
// Name : CRC-8
// Poly : 0x31 x^8 + x^5 + x^4 + 1
// Init : 0xFF
// Revert: false
// XorOut: 0x00
// Check : 0xF7 ("123456789")
// MaxLen: 15 bytes(127 bits) - detection of single, dual,
// triple and all odd errors
//
uint8_t getCRC8(uint8_t *pcBlock, uint16_t len )
{
uint8_t crc = 0xff;
unsigned int i;
while (len--)
{
crc ^= *pcBlock++;
for (i = 0; i < 8; i++)
crc = crc & 0x80 ? (crc << 1) ^ 0x31 : crc << 1;
}
return crc;
} 