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 <MDR32Fx.h>  #include <stdlib.h> #include <crc8.h> #include <MDR32F9Qx_eeprom.h> #include <stdint.h> #include <MDR32F9Qx_config.h> #include <MDR32F9Qx_eeprom.h>  // 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 <stdint.h>  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; }