概览+ I3 X/ }) W; @$ } 现代电子系统中,由于“软”错误引起的系统故障比永久性硬件失效引起的系统故障要更多。“软”错误是指可以恢复的故障或者失效。这一类错误容易发生在寄存器,RAM等上面,由于受到电磁干扰或者封装材料中的α粒子,宇宙射线等的影响而造成位值翻转。针对这个问题,可以在硬件上加奇偶校验,ECC电路来进行检测。/ e8 z( S- o5 v& ]/ A1 Q# D/ _ STM32H7系列MCU的Flash,SRAM和CACHE都支持ECC的功能。在本文中,主要介绍SRAM ECC这部分功能以及应用中的注意事项。 ) Q- A D' W9 S: v6 X9 x 6 j$ a) F+ y. Z: n) i' Z RAMECC外设 在STM32H7系列MCU中,有一个叫RAMECC的外设,它是一个RAM ECC Monitor。RAMECC提供了一个接口给应用程序来检测当前RAM的ECC状态,以及当发生ECC错误后执行相应的恢复或者报错程序。. ~; c) L- Y1 j STM32H7的RAM ECC支持纠正单比特的错误和检测双比特的错误。对于AXI SRAM和TCM RAM,每64位数据附加8位ECC码;其他的32位总线的SRAM,每32位数据附加7位ECC码。 : B) Z' ?3 k, _* v1 L# S6 n 在对SRAM进行写操作的时候,硬件自动计算并保存ECC的值,在对SRAM进行读操作或者非对齐的写操作(读-改-写)的时候会自动进行校验,并且出错的地址和数据可以通过寄存器读出。7 }9 R @- J# Z6 [$ i X* b STM32H7的RAM ECC功能的实现可以分成两个部分:RAM ECC Controller和RAM ECC Monitor单元,如下图所示。 t* g5 s$ [& t " N; B& z; I3 M& w 关于ECC Controller+ w2 k3 F' y7 B% E; R STM32H7的SRAM分成AXI SRAM,SRAM1,SRAM2,SRAM3,SRAM4,数据TCM RAM,指令TCM RAM和备份SRAM等几块。每个RAM块分别对应一个ECC Controller。/ p* H, H; G x& g/ U- P ( ~$ o% k8 R5 s( a% R1 G( t ( \- B1 y5 P$ Q# W9 i) ^ ECC Controller始终处于使能状态。它负责ECC代码的计算存储,比较和错误检测,可以完成单比特错误纠正和双比特错误检测的功能。% D7 k d, h' G4 s# C4 _2 w7 W ) W4 j6 Z3 |0 b" U. |: \/ ~: t ( j2 ~ S7 z% h3 e. v/ ` 关于ECC Monitor STM32H7一共有三个ECC Monitor,各负责一个域。ECC Monitor接收来自ECC Controller的诊断事件,并根据寄存器的配置产生对应的中断信号。 ECC Controller与ECC Monitor之间的映射关系见下图。例如D1的RAMECC Monitor单元,一共有5个通道,每个通道对应一个SRAM块的ECC controller。每个通道都有自己的一组寄存器,图中的Address offset就是寄存器组的偏移地址。如果要打开AXI SRAM的ECC Monitor单元,使得当检测到AXI SRAM的ECC错误时产生对应的中断,就需要操作AXI SRAM对应的寄存器组。- \7 J8 `4 t# C5 ]2 i FAR和FDR寄存器7 ^. U: v& h- w ] RAMECC支持单比特ECC错误中断,双比特ECC错误中断和非对齐写操作(Byte Write)引起的ECC中断。在RAMECC的IER和CR寄存器中可以分别配置和使能这些中断。在SR寄存器中可以查看这些中断的状态。这几个寄存器的操作都一目了然,这里想说明的是另外两个寄存器:出错地址寄存器FAR和出错数据寄存器FDR。) X% k) w$ l& ^& n E 0 N$ Q1 w8 n6 ~2 a 使能了CR寄存器里的ECCELEN位后,当ECC错误(单比特/双比特错误)发生后,出错的地址和数据就会被锁定到FAR和FDR寄存器里。 ^0 A/ g9 J( v+ |5 t- X( h FAR寄存器里保存的是相对地址。实际出错地址的计算公式如下: 实际的出错地址= SRAM的起始地址 + FAR寄存器的值 * N(N=4或者8)。7 `; h+ l8 H; e O+ S8 g0 Y- Y FDR寄存器有两个,对于64位总线的SRAM数据,FDRL寄存器保存低4字节的数据,FDRH保存高4字节的数据。对于32位总线的SRAM数据,数据保存在FDRL寄存器中,FDRH的值为0。 s% D: I5 d$ s; u& E& O2 ?. h3 _: a " N5 F3 |! h+ G6 E 我们可以看下面两个例子:- | g2 d! Y2 D/ t 例子1:使能AXI-SRAM对应的Monitor功能(如何使能请参考STM32H7CUBE库中的RAMECC_ErrorCount例程)。上电后AXI-SRAM先不初始化,然后直接进行读操作就会触发ECC错误。这时候我们在调试状态下查看FAR和FDR的值,见下图。4 R5 P4 O5 w+ G$ \7 O" S 7 a6 Y* `& y" `/ V% p" D+ p6 B 这里因为AXI-SRAM是64位总线接口,所以计算实际出错地址时,N的值是8。3 ~6 Q; Q3 ~/ o9 o8 Y! |6 c% q & o5 k* u' A$ W9 W- y9 g# ?6 Z" G ' b6 b; y# Z+ b7 l& e' l n 例子2:使能SRAM1(0X30000000)对应的Monitor功能。上电后不进行初始,然后直接进行读操作就会触发ECC错误。这时候我们在调试状态下查看FAR和FDR的值,如下图。3 Q6 W: z* F0 T' P# J # M- t9 a8 r6 \* ` 因为SRAM1是32位总线接口,所以这时N的值是4。3 G* ]4 q$ ?6 j; J- b) v8 u - j/ R3 B; D3 h # D3 A! Q: _* _" A1 d# z9 k 在应用中如何正确使用RAM ECC/ |) N2 }! c4 L" T. [ 在使用支持ECC的RAM时,一定要注意的是要对RAM进行初始化,否则就可能会报ECC错误。就像我们在上一节的实验中做的那样,通过不初始化的做法,我们可以模拟出ECC错误。在AN5342中给出了建议的初始化步骤。5 Y& r9 E( i* H' Z8 b ' L6 J0 O6 z; A( y# m( T * j" ~( Z: A9 c1 }4 ^2 y9 { 对于单比特的ECC错误可以在读出的过程中自动纠正,但仅仅只是读出的数据是正确的,为了防止错误累积,导致从单比特的错误变成双比特的错误,可以在检测到单比特错误后,将正确的值写回到SRAM中去。这里有两种方式,一种如果原本SRAM中保存的值在Flash有备份,那么直接将Flash中的值再次写到SRAM中去;或者利用前面提到的FAR和FDR寄存器将正确的值写回SRAM中。. n& G- p/ d9 M ; a. P- M8 g- g) ]: {9 G$ f ) K- p C6 p* E- L7 T6 e4 D 通过周期性的ECC检测来主动发现SRAM的故障也是提高系统可靠性的方法。ECC检测可以通过读SRAM的值来进行。检测不需要一次性完成,可以在系统空闲时,分段的对SRAM进行检测。请参考AN5342了解更多的细节。) M, O4 K; k4 l3 m, W- A& G i$ ~0 w. z- k5 R! p# x |
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