SRAM ECC功能以及應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，由于“軟”錯誤引起的系統(tǒng)故障比永久性硬件失效引起的系統(tǒng)故障要更多。“軟”錯誤是指可以恢復(fù)的故障或者失效。這一類錯誤容易發(fā)生在寄存器，RAM等上面，由于受到電磁干擾或者封裝材料中的α粒子，宇宙射線等的影響而造成位值翻轉(zhuǎn)。針對這個問題，可以在硬件上加奇偶校驗(yàn)，ECC電路來進(jìn)行檢測。

STM32H7系列MCU的Flash，SRAM和CACHE都支持ECC的功能。在本文中，主要介紹SRAM ECC這部分功能以及應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。

RAMECC外設(shè)

在STM32H7系列MCU中，有一個叫RAMECC的外設(shè)，它是一個RAM ECC Monitor。RAMECC提供了一個接口給應(yīng)用程序來檢測當(dāng)前RAM的ECC狀態(tài)，以及當(dāng)發(fā)生ECC錯誤后執(zhí)行相應(yīng)的恢復(fù)或者報(bào)錯程序。

STM32H7的RAM ECC支持糾正單比特的錯誤和檢測雙比特的錯誤。對于AXI SRAM和TCM RAM，每64位數(shù)據(jù)附加8位ECC碼；其他的32位總線的SRAM，每32位數(shù)據(jù)附加7位ECC碼。

在對SRAM進(jìn)行寫操作的時候，硬件自動計(jì)算并保存ECC的值，在對SRAM進(jìn)行讀操作或者非對齊的寫操作（讀-改-寫）的時候會自動進(jìn)行校驗(yàn)，并且出錯的地址和數(shù)據(jù)可以通過寄存器讀出。

STM32H7的RAM ECC功能的實(shí)現(xiàn)可以分成兩個部分：RAM ECC Controller和RAM ECC Monitor單元，如下圖所示。

關(guān)于ECC Controller

STM32H7的SRAM分成AXI SRAM，SRAM1，SRAM2，SRAM3，SRAM4，數(shù)據(jù)TCM RAM，指令TCM RAM和備份SRAM等幾塊。每個RAM塊分別對應(yīng)一個ECC Controller。

ECC Controller始終處于使能狀態(tài)。它負(fù)責(zé)ECC代碼的計(jì)算存儲，比較和錯誤檢測，可以完成單比特錯誤糾正和雙比特錯誤檢測的功能。

關(guān)于ECC Monitor

STM32H7一共有三個ECC Monitor，各負(fù)責(zé)一個域。ECC Monitor接收來自ECC Controller的診斷事件，并根據(jù)寄存器的配置產(chǎn)生對應(yīng)的中斷信號。

ECC Controller與ECC Monitor之間的映射關(guān)系見下圖。例如D1的RAMECC Monitor單元，一共有5個通道，每個通道對應(yīng)一個SRAM塊的ECC controller。每個通道都有自己的一組寄存器，圖中的Address offset就是寄存器組的偏移地址。如果要打開AXI SRAM的ECC Monitor單元，使得當(dāng)檢測到AXI SRAM的ECC錯誤時產(chǎn)生對應(yīng)的中斷，就需要操作AXI SRAM對應(yīng)的寄存器組。

FAR和FDR寄存器

RAMECC支持單比特ECC錯誤中斷，雙比特ECC錯誤中斷和非對齊寫操作（Byte Write）引起的ECC中斷。在RAMECC的IER和CR寄存器中可以分別配置和使能這些中斷。在SR寄存器中可以查看這些中斷的狀態(tài)。這幾個寄存器的操作都一目了然，這里想說明的是另外兩個寄存器：出錯地址寄存器FAR和出錯數(shù)據(jù)寄存器FDR。

使能了CR寄存器里的ECCELEN位后，當(dāng)ECC錯誤（單比特/雙比特錯誤）發(fā)生后，出錯的地址和數(shù)據(jù)就會被鎖定到FAR和FDR寄存器里。

FAR寄存器里保存的是相對地址。實(shí)際出錯地址的計(jì)算公式如下：

實(shí)際的出錯地址= SRAM的起始地址 + FAR寄存器的值 * N（N=4或者8）。

FDR寄存器有兩個，對于64位總線的SRAM數(shù)據(jù)，F(xiàn)DRL寄存器保存低4字節(jié)的數(shù)據(jù)，F(xiàn)DRH保存高4字節(jié)的數(shù)據(jù)。對于32位總線的SRAM數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)保存在FDRL寄存器中，F(xiàn)DRH的值為0。

我們可以看下面兩個例子：

例子1：使能AXI-SRAM對應(yīng)的Monitor功能（如何使能請參考STM32H7CUBE庫中的RAMECC_ErrorCount例程）。上電后AXI-SRAM先不初始化，然后直接進(jìn)行讀操作就會觸發(fā)ECC錯誤。這時候我們在調(diào)試狀態(tài)下查看FAR和FDR的值，見下圖。

這里因?yàn)锳XI-SRAM是64位總線接口，所以計(jì)算實(shí)際出錯地址時，N的值是8。

例子2：使能SRAM1(0X30000000)對應(yīng)的Monitor功能。上電后不進(jìn)行初始，然后直接進(jìn)行讀操作就會觸發(fā)ECC錯誤。這時候我們在調(diào)試狀態(tài)下查看FAR和FDR的值，如下圖。

因?yàn)镾RAM1是32位總線接口，所以這時N的值是4。

在應(yīng)用中如何正確使用RAM ECC

在使用支持ECC的RAM時，一定要注意的是要對RAM進(jìn)行初始化，否則就可能會報(bào)ECC錯誤。就像我們在上一節(jié)的實(shí)驗(yàn)中做的那樣，通過不初始化的做法，我們可以模擬出ECC錯誤。在AN5342中給出了建議的初始化步驟。

對于單比特的ECC錯誤可以在讀出的過程中自動糾正，但僅僅只是讀出的數(shù)據(jù)是正確的，為了防止錯誤累積，導(dǎo)致從單比特的錯誤變成雙比特的錯誤，可以在檢測到單比特錯誤后，將正確的值寫回到SRAM中去。這里有兩種方式，一種如果原本SRAM中保存的值在Flash有備份，那么直接將Flash中的值再次寫到SRAM中去；或者利用前面提到的FAR和FDR寄存器將正確的值寫回SRAM中。

通過周期性的ECC檢測來主動發(fā)現(xiàn)SRAM的故障也是提高系統(tǒng)可靠性的方法。ECC檢測可以通過讀SRAM的值來進(jìn)行。檢測不需要一次性完成，可以在系統(tǒng)空閑時，分段的對SRAM進(jìn)行檢測。請參考AN5342了解更多的細(xì)節(jié)。

責(zé)任編輯：haq