ARM Cortex-M3的SRAM单元故障软件的自检测研究

引言

目前，对于存储单元SRAM的研究都是基于硬件电路来完成，而且这些方法都是运用在生产过程中，但是生产过程并不能完全杜绝SRAM的硬件故障。在其使用过程中，如果SRAM硬件出错，将导致程序出错而且很难被发现。因此在运用的阶段，为防止存储单元损坏而导致系统出错，通过软件的方式对SRAM进行检测是必要的。

　　1 SRAM运行状态分析

　　SRAM是存储非CONSTANT变量(如RW)，它具有掉电即失的特点。由Cortex-M3的启动步骤可知，系统上电后，首先执行复位的5个步骤：

　　①NVIC复位，控制内核；

　　②NVIC从复位中释放内核；

　　③内核配置堆栈；

　　④内核设置PC和LR；

　　⑤运行复位程序。

　　可以看出，不能在调入C环境之后检测SRAM，必须在Cortex-M3复位之前和启动之后进行检测。

　　在执行系统复位的最后一个步骤之前，系统都没有对SRAM执行任何相关的数据传送动作。第⑤步运行复位程序，在ST公司Cortex-M3处理器内核的STM32系列微控制器的启动代码中有一段复位子程序：

在这个子程序里导入了__main，__main是C库文件的入口地址。它执行下面3个步骤：

　　①复制非root(RW、RO)从Flash到SRAM；

　　②分配ZI区，并且初始化为0；

　　③跳转到堆栈初始化子程序接口__rt_entry。

　　由__main的第一步可以得出，在跳入__main之后，系统对SRAM进行了相关数据转移的操作。因此，检测SRAM必须在此步骤之前，否则将会覆盖SRAM从Flash中转移过来的数据。

　　2 SRAM检测方案设计

　　在复位子程序跳入__main之前，设计另一个程序入口SRAM_Check，使PC指针指向该SRAM进行硬件单元检测程序(SRAM_Check)的入口。在SRAM_check里，首先将PC指针指向SRAM的首地址并写入0xFF，读回该地址的值到通用寄存器Rn1，并对Rn1里的值进行加1操作，然后将Rn1和256做比较，得出SRAM硬件是否损坏。这种操作可以避免因SRAM硬件一直为1或0而出现算法本身错误。由于Cortex-M3复位后默认的时钟为HSI，是一个内部RC振荡器，因此精度不高。如果需要更准和快速的时钟，就必须在跳入SRAM_Check之前对相关的寄存器进行操作。

　　3 SRAM检测软件设计

　　图1为本文设计的SRAM检测软件程序流程。

　　4 在线调试结果及分析

　　上电复位后，在线调试PC指针指向Reset_Handler入口地址时的SRAM初始数值如图2所示。可以看到，当系统复位时每个SRAM单元的数值均为0x00。

　　在线调试下，图3为对所有的SRAM地址进行检测后SRAM的数值，完全符合程序设计要求。

SRAM测试通过后，释放所有的SRAM，还原为0x00，如图4所示。

　　5 结论

　　本文提出了一种基于软件的SRAM单元故障自检测方法，通过在线调试得到的结果，可知该方法是完全可行的。在实际运用中，该方法能够确保系统正常地运行在可靠的环境之上。如果SRAM单元有生产或运输等损坏，也可以通过该方法方便地检测出来，大大减少了系统排除故障的时间。