淺析MCU內部的RAM上電之后的初始值相關問題

由于工作的原因，筆者經常接到工程師詢問MCU內部的RAM上電之后的初始值到底是什么，有什么特性和規(guī)律。今天筆者就以使用RH850F1K的過程中遇到的幾個問題與大家做一個交流。

首先我們明確一個問題，我們都知道，根據RAM的特性，MCU每次上電之后RAM里面的值是隨機的。也就是說RAM上電后的初始值可以是0xAA，也可以是0x55，也可以是其它任何的值，這個都是正常的。明確了這個基本原理之后，我們來看一下下面這個跟RAM的初始值的使用相關的一個問題。

最近有工程師在開發(fā)的汽車娛樂系統(tǒng)中遇到了一種情況，就是他在使用RH850F1K的過程中，發(fā)現每次上電后RAM的值好像都是固定的。按照軟件設計的初衷，他想通過判斷RAM的值從而知道這次復位是掉電復位還是MCU內部復位——比如“看門狗”復位。如果是掉電復位，則對RAM進行初始化；如果是MCU內部復位，則不對RAM進行初始化，從而可以保持用戶之前的一些設置，比如頻道、界面信息等。

大致的設計思路和流程如下：

MCU復位后，軟件會判斷某個變量的值：如果不是0x55，就認為這是上電復位，所有的RAM需要初始化，并把該變量的值寫為0x55；如果是0x55，就認為這是“看門狗”復位，這時候則不改變一些變量的值，比如記錄里程相關的數據。相關的C語言代碼為：

if （variable ！= 0x55）

{

初始化所有變量；

variable = 0x55;

}

else

{

只改變部分變量的值；

}

在測試的過程中，測試工程師發(fā)現了一個問題：對于99%的MCU來講，上述的邏輯都是沒有問題的，但是對于個別MCU卻存在固定性的問題。

按照設計的初衷，本來我們認為上電后RAM的值是隨機的，但是對于某些個別MCU來講，測試工程師發(fā)現上電后RAM的值會固定的是0x55，或者出現0x55的幾率非常高。

針對這個現象，筆者也從單個MCU的特性方面做了解釋：首先我們還是回到文章最初提到的問題，根據RAM的特性，上電后RAM是任何值都是正常的，基于這個前提，我們可以說測試工程師遇到的現象是正常的。那么為什么個別MCU的RAM上電后會偏向于某個特定值呢？我們知道半導體器件的設計是非常復雜的，外觀很小的一個芯片都是芯片內部數百萬計的各種極其小的元器件搭建而成的，而這些的原材料基本都是硅。對于每個特定的芯片而言，其特性數據都是有一些偏好的，也包括上電后RAM的初始值，所以當我們看每個MCU的電氣特性數據的時候，這些數據基本都是一個范圍值，而不是確定的值。

另外，上面軟件本身的設計也是有缺陷的，或者說魯棒性不好。假定上電后RAM的初始值是完全隨機的，那么這樣總會碰到隨機值恰好是0x55的情況?；谶@種考慮，我建議軟件工程師重新設計了判斷的條件。比如判斷RAM若干不連續(xù)地址的值，并且使用校驗的算法，比如比較簡單的校驗和，這樣可靠性就大大提高了。

筆者在工作過程中，曾經多個客戶遇到過類似的問題，這個問題也具有一定的普遍性，除了前面提到的汽車娛樂系統(tǒng)，在車身、儀表，甚至工業(yè)應用中的電表等都會涉及到，希望這篇文章能夠幫助設計工程師少走一些彎路。