一種機(jī)載嵌入式設(shè)備故障記錄機(jī)制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李慶楠，宋 丫，嚴(yán) 琳，騫恒源

(航空工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710065)

0 引言

近年來(lái)，機(jī)載設(shè)備綜合化程度和復(fù)雜性不斷提高，設(shè)備故障的排查也越發(fā)復(fù)雜[1,2]。設(shè)備故障的診斷、分析及定位往往依賴(lài)于飛參和產(chǎn)品內(nèi)部非易失存儲(chǔ)器中記錄的數(shù)據(jù)。由于機(jī)載設(shè)備最小任務(wù)周期與飛參記錄周期不一定相同，且受通信數(shù)據(jù)數(shù)量的限制，并不能將所有信息均上傳飛參。這對(duì)某些暫態(tài)故障的排查帶來(lái)不便，此時(shí)產(chǎn)品內(nèi)部非易失存儲(chǔ)器中記錄的故障信息是排故的重要依據(jù)。然而設(shè)備往往采用事件觸發(fā)記錄的方式，該方式存在消耗時(shí)間動(dòng)態(tài)范圍寬、可拓展性不強(qiáng)，適用范圍窄的缺點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)一種記錄消耗時(shí)間動(dòng)態(tài)范圍可控，且適用范圍廣的故障記錄機(jī)制具有重要意義。

1 非易失存儲(chǔ)器概述

非易失存儲(chǔ)器(NVM)可分為只讀存儲(chǔ)器(ROM)、閃存(Flash)、光、磁介質(zhì)存儲(chǔ)器、非易失隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(NVRAM)。ROM可細(xì)分為不可編程ROM、可編程ROM(PROM)、可擦除可編程ROM(EPROM)和電可擦除可編程ROM(EEPROM)。

NVRAM借助帶有備用電源的SRAM或借助NVM(如EEPROM)存儲(chǔ)SRAM中的信息來(lái)實(shí)現(xiàn)非易失功能。NVRAM可以像SRAM一樣讀寫(xiě)，而且寫(xiě)入的信息掉電不丟失，不需要EEPROM和FLASH的特定擦除和編程操作[3]。

在機(jī)載領(lǐng)域，常用NVRAM作為故障記錄存儲(chǔ)器，少量場(chǎng)景使用EEPROM。

2 故障記錄機(jī)制設(shè)計(jì)

2.1 故障信息內(nèi)容

本文設(shè)計(jì)的故障信息內(nèi)容與所占大小如表1所示。

表1 故障信息內(nèi)容

幀頭用于標(biāo)識(shí)一條故障信息的起始位置；接口類(lèi)型用于標(biāo)識(shí)故障的接口類(lèi)別，最大支持64種，每種接口最多可包含256個(gè)通道；故障時(shí)機(jī)可分為上電自檢測(cè)、周期自檢測(cè)及維護(hù)自檢測(cè)；故障現(xiàn)場(chǎng)用于記錄判故所依賴(lài)的數(shù)據(jù)，不同接口記錄的故障現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)類(lèi)型可不相同；故障次數(shù)用于表示故障發(fā)生的次數(shù)，故障從無(wú)到有，次數(shù)增加1。

2.2 記錄機(jī)制設(shè)計(jì)

考慮到故障記錄是事件觸發(fā)的，設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中故障數(shù)量是動(dòng)態(tài)變化的，極端情況下所有故障可能在同一周期發(fā)生，也可能沒(méi)有故障，若每次故障發(fā)生時(shí)直接寫(xiě)非易失存儲(chǔ)器，記錄故障所消耗的時(shí)間動(dòng)態(tài)變化范圍大，可能引起任務(wù)超時(shí)。

另外，對(duì)于寫(xiě)周期有限制的非易失存儲(chǔ)器，若每次故障發(fā)生時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作，可能由于多個(gè)故障發(fā)生的時(shí)間間隔小于非易失存儲(chǔ)器寫(xiě)周期而導(dǎo)致寫(xiě)入失敗。

因此，本文設(shè)計(jì)了如圖1所示的故障記錄機(jī)制。

圖1 故障記錄機(jī)制

故障記錄過(guò)程可劃分為3個(gè)步驟。首先，故障信號(hào)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，按照表1產(chǎn)生一條故障信息；其次，將故障信息寫(xiě)入故障記錄隊(duì)列；最后，周期性從故障記錄隊(duì)列中讀取一定數(shù)量的故障記錄，將其寫(xiě)入非易失存儲(chǔ)器的滾動(dòng)記錄區(qū)，最后更新記錄索引信息到固定記錄區(qū)。

3 故障記錄機(jī)制實(shí)現(xiàn)

本節(jié)以EEPROM(AT24C64A)為例，實(shí)現(xiàn)故障記錄過(guò)程，該過(guò)程同樣適用于以NVRAM作為存儲(chǔ)器的場(chǎng)景。

AT24C64D采用IIC通信方式，控制引腳少，可以在IIC總線上掛載多片以拓展容量；該EEPROM寫(xiě)周期最長(zhǎng)為5 ms[4]。

為滿(mǎn)足寫(xiě)周期要求，本文設(shè)計(jì)的EEPROM最小寫(xiě)周期為10 ms，故障記錄隊(duì)列最多存放512條故障信息。周期任務(wù)流程圖如圖2所示。

設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，周期性對(duì)自身軟、硬件資源進(jìn)行檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)故障，則生成故障信息并寫(xiě)入故障記錄隊(duì)列；每?jī)蓚€(gè)周期從故障記錄隊(duì)列中讀取故障信息，若讀取到故障信息，則寫(xiě)入EEPROM，并在下個(gè)周期將更新后的故障記錄索引記錄到EEPROM中，否則不進(jìn)行EEPROM寫(xiě)操作。

4 結(jié)論

經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，本文設(shè)計(jì)的故障記錄機(jī)制具有拓展性強(qiáng)、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)?？梢詰?yīng)用于以NVRAM和EEPROM為存儲(chǔ)器的機(jī)載設(shè)備。同時(shí)，能有效減小周期任務(wù)運(yùn)行時(shí)間的動(dòng)態(tài)范圍，避免任務(wù)超時(shí)。另外，該機(jī)制具有良好的可移植性，既能應(yīng)用于任務(wù)簡(jiǎn)單的裸機(jī)，也能應(yīng)用于多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中(需將故障記錄隊(duì)列作為共享資源，進(jìn)行互斥訪問(wèn))，也為其他民用領(lǐng)域故障記錄提供有效參考。

圖2 10 ms周期任務(wù)程序流程圖