本文详细介绍了AUTOSAR中非易失性存储（NvM）的概念，包括基本存储对象（RAMBlock、ROMBlock、NVBlock）、块访问类型（Native、Redundant、Dataset）、同步机制（隐式、显式）以及错误恢复和写校验等特性。NvM模块通过提供不同的访问服务和管理策略，确保了ECU数据的持久性和可靠性。
1. 简介及功能概述
本文介绍了基础Autosar概念中的非易失性存储及应用软件可用的各种访问机制。
本文第四章对非易失性存储机制作了介绍，第五章介绍了应用软件组件访问非易失性存储的各种用例。
2. 首字母及缩写
3. 关联文档
AUTOSAR_SWS_RTE.pdf
AUTOSAR_TPS_SoftwareComponentTemplate.pdf
AUTOSAR_SWS_NVRAMManager.pdf
AUTOSAR_EXP_ModeManagementGuide.pdf
4. 总体机制及概念
4.1 NvM及其特点
ECU内部数据具有可变性及持久性要求。在ECU工作中数据可变同时要求存在在非易失性存储器中。在Autosar中
应用仅能通过NvM模块访问非易失性存储器，NvM模块提供同步及异步访问请求服务用于管理及维护数据。
图 1 显示了应用程序和内存堆栈之间的交互以及 涉及的模块。
图1 Autosar 内存栈概述
4.1.1 基本存储对象（Basic storage objects）
基本存储对象是NVRAM 块的最小实体。一些基本存储对象可以构成NVRAM块。基本存储对象可以存在于不同的存储位置（RAM、ROM、NV memory）。基本存储对象包含如下三种类型：RAM Block、ROM Block、NV Block。
4.1.1.1 RAM Block
RAM Block是基本存储对象，它代表NVRAM block驻留在RAM中。
RAM Block 由“user data”、“CRC”（可选）、“NV header”（可选）、“Administrative Block
”四部分组成。它主要用于存储实时数据。它是NVRAM Block可选部分。
4.1.1.2 ROM Block
ROM Block是基本存储对象，它代表NVRAM block驻留在ROM中。
ROM Block中的内容具有可持续性，在程序执行过程中不可修改。它的数据驻留在ROM/Flash中，主要是为初始化的VN Block或VN损坏时提供默认数据。它是NVRAM Block可选部分。
4.1.1.3 NV Block
“NV Block”是基本存储对象。 它代表驻留在 NV 内存中的“NVRAM Block”的一部分。 “NV Block”是“NVRAM Block”的必需部分。
NV Block 的内容具有持久性，可以在程序执行期间修改并驻留在 Flash 中。 它由 NV 用户数据和（可选）一个 CRC 值和（可选）一个 NV 块头组成。 它用于保存定期/按需存储的实时数据。
4.1.1.4 Administrator Block
“Administrator Block”是基本存储对象，它驻留在 RAM 中。 “Administrator Block”是“NVRAM Block”的必需部分。
“Administrator Block”的内容具有非持久性，驻留在 RAM 中。 它用于保存相应 NVRAM 的属性/错误/状态信息以及专门用于“数据集”类型的 NVRAM Block的块索引。 这是 NVRAM 块的强制部分。
4.1.2 块访问类型（Block Management types）
NVM模块支持如下块管理类型：“Native NVRAM block”、“Redundant NVRAM block”、“Dataset NVRAM block”。
4.1.2.1 本地NVRAM块（Native NVRAM block）
本地 NVRAM 块是最简单的块管理类型。 它允许以最小的开销存储到/从 NV 内存中检索。
NVM_BLOCK_NATIVE 类型的 NVRAM 存储由以下基本组成 存储对象：
- NV Blocks: 1
- RAM Blocks: 1
- ROM Blocks: 0..1
- Administrative Blocks:1
4.1.2.2 冗余NVRAM块（Redundant NVRAM block）
除了本地 NVRAM 块之外，冗余 NVRAM 块还提供增强的容错性、可靠性和可用性。 它增加了对数据损坏的抵抗力。 冗余 NVRAM 块由两个 NV 块、一个 RAM 块和一个管理块组成。
NVM_BLOCK_REDUNDANT 类型的 NVRAM 存储由以下基本存储对象组成：
- NV Blocks: 2
- RAM Blocks: 1
- ROM Blocks: 0..1
- Administrative Blocks:1
4.1.2.3 数据集NVRAM块（Dataset NVRAM block）
数据集 NVRAM 块是一组大小相同的数据块。 应用程序可以一次访问这个数据块中的一个。
NVM_BLOCK_DATASET 类型的 NVRAM 存储由以下基本组成
存储对象：
- NV Blocks: 1..NvMNvBlockNum
- RAM Blocks: 1
- ROM Blocks: 0..NvMRomBlockNum
- Administrative Blocks: 1
配置的数据集(NV+ROM块)的总数必须在1 . . 255
通过使用 API NvM_SetDataIndex 设置相应的索引来访问特定的数据集元素。 索引从 0 到 NvMNvBlockNum - 1 的元素 代表 NV Blocks，而索引从 NvMNvBlockNum 到 NvMNvBlockNum + NvMRomBlockNum - 1 的那些代表 ROM 块。 NVRAM 块用户必须确保在访问数据元素之前选择了有效的数据集索引。
4.1.3 同步机制（Synchronization Mechanism supported）
从 NvM 模块的 RAM 镜像访问数据时，支持隐式（Implicit synchronization）及显式（Explicit synchronization）两种类型的同步机制。
4.1.3.1 隐式同步
在隐式同步中，应用程序和 NvM 可以同时访问一个公共 RAM 块。 应用程序通过调用 NvM API 向 RAM 写入/读取数据。
在这种情况下，RAM 块被映射到一个 SW-C 并且不推荐共享 RAM 块。 每当 SW-C 使用 RAM 块（临时/永久）访问 NVRAM 时，需要等到NvM 完成正在进行的操作以确保 RAM 块的数据一致性 .
使用隐式同步时需要考虑以下步骤：
- 写请求：
1. 应用程序将由NvM 模块写入的数据填充 RAM 块 。
2. 应用程序发出 NvM_WriteBlock 或 NvM_WritePRAMBlock 请求，然后将控制转移到 NvM 模块。
3. 从现在开始，应用程序不得修改 RAM 块，直到通过轮询发出请求的成功或失败信号或得出该请求。 这个过程中 可以读取 RAM 块的内容。
4. 应用程序可以使用轮询来获取请求的状态，也可以通过回调函数异步通知。
5. NvM 模块操作完成后，RAM 块可重复使用以进行修改。
- 多块写请求（NvM_WriteAll）：
1. ECU 状态管理器发出 NvM_WriteAll 请求，将控制转移到 NvM 模块。
2. ECU 状态管理器可以使用轮询来获取请求的状态或可以通过回调函数获得通知。
4.1.3.2 显式同步
在显式同步中，NvM 定义了一个RAM 镜像，用于与Application 的RAM 块交换数据。Application 将数据写入RAM 块并调用NvM 写API。 NvM 调用 API 来读取 RAM 镜像，并将数据从 RAM 镜像复制到 RAM 块，最后复制到 NV 块。 数据由应用程序通过回调例程双向传输，由 NvM 模块调用
优点:应用程序可以有效地控制它们的 RAM 块。它们负责使用 ReadRamBlockFromNvM / WriteRamBlockToNvM 将一致的数据复制到 NvM 模块的 RAM 镜像和从 NvM 模块的 RAM 镜像复制。应用程序在向/从 RAM 镜像复制数据时必须确保 RAM 块的数据完整性。
缺点:额外的 RAM 需要与使用此机制的最大 NVRAM 块具有相同的大小，并且每个操作都需要在两个 RAM 位置之间进行额外的复制。 如果存在同步这些应用程序的模块（例如NvBlockSwComponentType）并且从 NvM 模块的角度来看是 NVRAM 块的所有者，则此机制尤其允许不同应用程序共享 NVRAM 块。
使用显式同步时需要考虑以下步骤 :
- 写请求：
- 应用程序用必须写入的数据填充 RAM 块 NVM 模块。
- 应用程序发出 NvM_WriteBlock 或 NvM_WritePRAMBlock 要求。
- 应用程序可能会修改 RAM 块，直到例程 NvMWriteRamBlockToNvM 由 NvM 模块调用。
- 如果 NvMWriteRamBlockToNvM 例程被 NvM 模块调用，则应用程序必须将 RAM 块的一致副本提供给 NvM 模块请求的目的地。应用程序可以使用返回值 E_NOT_OK 以表示数据不一致。虚拟机模块将接受此 NvMRepeatMirrorOperations 次，然后 推迟请求并继续下一个求。
- 仅当数据被复制到 NvM 模块时才继续：
- 从现在开始，应用程序可以再次读写 RAM 块。
- 应用程序可以使用轮询来获取请求的状态或可以 通过回调例程异步通知。
- 多块写入请求 (NvM_WriteAll)：
- ECU 状态管理器发出 NvM_WriteAll 请求，该请求传输控制到 NvM 模块。
- 在 NvM_WriteAll 作业期间，如果同步回调 (NvM_WriteRamBlockToNvM) 被配置为一个块，它将被调用 NVM 模块。在此回调中，应用程序必须提供一致的副本到 NvM 模块请求的目的地的 RAM 块。这应用程序可以使用返回值 E_NOT_OK 来表示该数据 不一致。NvM 模块会接受这个 NvMRepeatMirrorOperations 次，然后将写操作报告为失败的。
- 现在应用程序可以再次读取和写入 RAM 块。
- ECU状态管理器可以使用轮询来获取请求的状态或者可以 通过回调函数通知。
4.1.4 其他特性（other feature）
4.1.4.1 基于CRC的比对（CRC based comparation）
NvM 模块在内部使用 CRC 生成例程（8/16/32 位）来检查和生成 NVRAM 块的 CRC ，作为可配置选项。
NvM 模块通过实现基于 CRC 的比较机制提供了跳过未更改数据写入的选项。 可以通过设置配置参数 NvMBlockUseCRCCompMechanism 来启用基于 CRC 的比较机制。
注 - 通常，RAM 块的某些更改内容可能会导致与初始内容相同的 CRC，因此如果使用此选项，更新可能会丢失。 因此，这个选项应该只用于可以容忍这种风险的区块。
4.1.4.2 错误恢复（error recovery）
NvM 模块通过加载默认值（如果通过参数 NvMRomBlockDataAddress 或参NvMInitBlockCallback 配置）为 NVRAM 块管理类型 NATIVE 和 REDUNDANT 提供读取时的隐式错误恢复。
通过调用 API NvM_RestoreBlockDefaults，所有块管理类型都可以显式检索 ROM 数据。 对于 DATASET，在调用此 API 之前必须设置相关索引（指向 ROM 块）。
NvM 模块通过加载具有默认值的 RAM 块来为块管理类型为 NVM_BLOCK_REDUNDANT 的 NVRAM 块提供读取错误恢复。
NvM 模块通过执行写入重试来提供写入错误恢复，而不管 NVRAM 块管理类型如何。
4.1.4.3 写校验（write verification）
在写验证的情况下，当一个 RAM Block 被写入 NV 存储器时，NV 块会立即被读回并与 RAM Block 中的原始内容进行比较。 如果 RAM Block 中的原始内容与回读不同，则执行写入重试。 如果允许，产生的错误码NVM_E_VERIFY_FAILED 将报告给 DEM。如果回读操作失败，则不执行读重试。
4.1.4.4 RAM block 控制（RAM Block handling using the NvM_SetRamBlockStatus API）
4.1.4.4.1 启动阶段（During startup phase (NvM_ReadAll)）
对于某些 NVRAM 块，若 NV 块中存储的数据比 RAM 块中的数据旧（例如，在热复位场景下，RAM 中的数据尚未写入 NV 存储器），则在 NvM_ReadAll 过程中，可能需要防止相应 RAM 块的数据内容被覆盖。这种情况下，RAM 块必须分配在复位安全（未初始化）的 RAM 区域，且配置参数 CalcRamBlockCrc 必须设为 TRUE（这意味着相应的 NV 块也已配置 CRC），同时参数 NvMSetRamBlockStatusApi 必须设为 TRUE。
每当 RAM 块的数据内容发生更改后，必须为相应的 NVRAM 块调用 API NvM_SetRamBlockStatus，且参数 BlockChanged 需设为 TRUE。之后，NVRAM 管理器会重新计算该 RAM 块的 CRC，并将结果存储在分配于复位安全（未初始化）RAM 区域的内部变量中。在此之前，该 NVRAM 块需已配置有效的永久 RAM 块（NvMRamBlockDataAddress），或已配置显式的同步回调函数（NvMReadRamBlockFromNvM）。
每次启动时（NvM_ReadAll），NvM 模块都会计算此类 RAM 块的 CRC；若计算结果与存储的 CRC 值匹配，则 RAM 块不会被覆盖。若计算的 CRC 与存储值不匹配，RAM 块将被从 NV 块读取的数据覆盖；若读取尝试失败，则会被默认数据覆盖（如果已通过参数 NvMRomBlockDataAddress 或参数 NvMInitBlockCallback 进行配置）。
4.1.4.4.1 关闭阶段（During shutdown phase (NvM_WriteAll)）
若配置参数 NvMSetRamBlockStatusApi 设为 FALSE，则在 NvM_WriteAll 过程中，NVRAM 管理器会将所有配置为 WriteAll（配置参数 NvMSelectBlockForWriteAll 设为 TRUE）且已配置永久 RAM 块（NvMRamBlockDataAddress）或显式同步回调函数（NvMReadRamBlockFromNvM）的 NVRAM 块的 RAM 块数据内容，复制到对应的 NV 块。
为减少 NV 存储器的写入周期次数，仅将那些被 NVRAM 块用户修改过数据内容的 RAM 块的内容复制到对应的 NV 块，会更为合理。要在 NvM_WriteAll 过程中启用此功能，需将配置参数 NvMSetRamBlockStatusApi 设为 TRUE。这种情况下，每当 RAM 块数据内容发生更改后，NVRAM 块用户必须为相应的 NVRAM 块调用 API NvM_SetRamBlockStatus，并将参数 BlockChanged 设为 TRUE，以此通知 NVRAM 管理器。
4.1.4.5 软件变更兼容性（Resistant to changed software）
NvM 模块在启动过程中（即处理 NvM_ReadAll 请求时）的行为，会受到两个配置参数的影响：NvMDynamicConfiguration 和 NvMResistantToChangedSw。
在 ECU 项目中，若无需应对 NVRAM 块的配置变更，需将参数 NvMDynamicConfiguration 设为 FALSE。对于配置参数 NvMCalcRamBlockCrc 设为 TRUE 的 NVRAM 块，会先检查其分配的 RAM 块的有效性；若检测到 RAM 块内容无效，或参数 NvMCalcRamBlockCrc 设为 FALSE，则会检查 NV 块的有效性。若 NV 块被检测为有效，其数据会被复制到对应的 RAM 块；若检测到 NV 块无效，则会加载默认数据（如果已通过参数 NvMRomBlockDataAddress 或 NvMInitBlockCallback 进行配置）。
若 NVRAM 块的配置已更改，而 NV 存储器中存储的 NV 块仍对应旧配置，则在 NvM_ReadAll 过程中可能出现严重问题。例如，当新增一个 NVRAM 块时，其他许多块的标识符可能会被隐式更改，这可能导致从 NV 存储器中读取错误数据。
针对此类情况，可将 NvM 模块配置为不尝试用 NV 存储器中的数据初始化 RAM 块，具体需将配置参数 NvMDynamicConfiguration 设为 TRUE。集成者需通过修改配置参数 NvmCompiledConfigID，向 NvM 模块指示 NVRAM 配置已变更。NvM 模块会将该值存储在 NV 存储器的一个独立 NVRAM 块中。每次执行启动过程（NvM_ReadAll）时，NvM 模块都会将 NV 存储器中存储的该值与配置参数 NvmCompiledConfigID 的值进行比较。若两者不同，在下次关机过程（NvM_WriteAll）中，NV 存储器中的值将被配置中的值覆盖。
在这种情况下，NvM 模块在处理 NvM_ReadAll 时初始化 NVRAM 块的方式有两种，具体取决于相应配置参数 NvMResistantToChangedSw 的值。
- 若应忽略相应 NV 块的数据，转而加载默认数据（如果已通过参数 NvMRomBlockDataAddress 或参数 NvMInitBlockCallback 配置），且此操作不受分配的 RAM 块有效性影响，则配置参数 NvMResistantToChangedSw 的值必须设为 FALSE。
- 对于那些即使在配置发生变更的情况下，仍需要用 NV 存储器中的数据初始化 RAM 块的 NVRAM 块，配置参数 NvMResistantToChangedSw 必须设为 TRUE。其行为将与未发生配置变更时相同。
对于 NvMResistantToChangedSw 设为 TRUE 的块，集成者必须确保在 ECU 的整个使用寿命内，以下配置参数不得更改，否则将无法从 NV 存储器中成功读取数据：
- NvMResistantToChangedSw (must not be changed from TRUE to FALSE)
- NvmNvBlockBaseNumber
- NvmNvBlockLength
- NvmBlockManagementType
- NvmNvramDeviceId
- NvMStaticBlockIDCheck
- NvmBlockCrcType (if NvMBlockUseCrc is set to TRUE)
- NvMBlockUseCrc
- ShortName
注：根据所使用的 NvM、Fee 和 Ea 模块的实现情况，可能存在其他约束。请参考相应的用户手册。
4.2 通过RTE访问NvM
本节列出了使用 RTE 访问 NV 数据的可能接口及软件组件类型的详情，更多详情请参考 [1] 和 [2]。
4.2.1 接口
- Client-server interface
客户端 / 服务器接口提供了一系列可由客户端在服务器上调用的操作。当 NvM 向应用程序提供服务时，NvM 充当服务器，应用程序充当客户端。NvM 向应用程序发送的通知也可通过该接口实现，此时客户端和服务器的角色会互换。
- NvDataInterface
非易失性数据接口定义了一系列变量数据原型（VariableDataPrototypes），用于在非易失性块组件与原子软件组件之间进行数据交换。这些变量数据原型可映射到完整的 RAM 块，或映射到非易失性块组件内部实现的 RAM 块元素。
4.2.2 使用ServiceSwComponent访问NV数据
NvM 被配置为服务软件组件（ServiceSwComponent）。在此配置下，若软件组件（SW-C）希望向 NVRAM 读写数据，则需通过客户端 - 服务器接口（Client-Server Interface）调用 NvM 提供的标准服务。
关于将 NvM 作为服务软件组件的具体使用方法，请参考用例 1 和用例 2。
优势：
- 支持基础通用配置，可通过软件组件（SW-C）模板适配 NvM 服务及回调函数。
- 每个块都有专用的端口集。
- 应用程序无需关注 NvM 分配的 NVRAM 块的块标识符（Block Identifier），实现了对该标识符的隔离。
恢复默认值
若应用程序维护 RAM 块，它可通过实例参数（PerInstanceParameter）或常量内存（ConstantMemory）配置，定义软件组件（SW-C）本地的参数数据原型（ParameterDataPrototypes）；这些原型可被软件组件用于恢复 RAM 块，也可被 NvM 用于恢复 NV 块。
处理通知
在 NvM 向应用程序发送通知的场景中，运行时环境（RTE）通过客户端 - 服务器接口（Client-Server Interface）实现该功能，此时 NvM 充当客户端，Nv 块的使用者充当服务器。
当通过服务软件组件（ServiceSwComponent）使用 NvM 时，NvM 会使用通用的客户端 - 服务器 API，该 API 映射到 NvM 服务软件组件的接收端口（r-port），即 Rte_Call ()；此 API 与 Nv 块使用者（软件组件，SW-C）的提供端口（p-port）相连。
4.2.3 使用NvBlockSwComponent访问NV数据
在此配置中，NvM 在运行时环境（RTE）中被配置为非易失性块软件组件（NvBlockSwComponent），可用于创建其自身的 RAM 块（镜像）。这些 RAM 块可由单个或多个软件组件（SW-C）通过非易失性数据接口（NV-Data Interface）进行部分或完整的读写操作。
与此同时，客户端 - 服务器接口（Client-Server Interfaces）被用于 NvM 服务及通知的实现。
关于将 NvM 用作 NvBlockSwComponent 的更多详情，请参考用例 3。
优势：
- 每个块都有明确标识，且由 RTE 分配专用的 RAM 块。
- 应用程序软件组件（SW-C）的实现独立于 RAM 块的名称和类型。
- 通过 RTE 提供的部分数据映射机制（端口接口映射、非易失性数据映射），RAM 块可在多个软件组件（SW-C）之间共享。
- 实现 RAM 块时占用的内存更少。
- 应用程序始终通过端口接口访问 RAM 块，使方案更具模块化。
- 用户可利用脏标志（dirtyFlag）机制在 NvBlockSwComponent 中启用写入策略，而非在应用程序软件中实现写入策略。
恢复默认值
NvBlockSwComponent 内部的 NvBlockDescriptor 允许通过 ParameterDataPrototype 配置可选的 ROM 块。该 ROM 块常量用作初始值（initValue），在 RTE 或分区初始化后，RAM 块可恢复为此值。
处理通知
NvM 向应用程序发送的通知由 RTE 通过客户端 - 服务器接口实现，在此场景中，NvM 充当客户端，Nv 块的使用者充当服务器。
当通过 NvBlockSwComponent 使用 NvM 时，对于每个 NvBlockDescriptor，若其对具有 NvMNotifyJobFinished 或 NvMNotifyInitBlock 角色的客户端 - 服务器端口（r-port）进行了基于角色的端口分配（RoleBasedPortAssignment），则 NvM 会使用 RTE 提供的标准回调 API，即 Rte_NvMNotifyInitBlock () 和 Rte_NvMNotifyJobFinished ()。
4.3 通过NvMRAM初始化RAM块
5. 用例概述
6. 附录
目录
4.1.1 基本存储对象（Basic storage objects）
4.1.2 块访问类型（Block Management types）
4.1.2.1 本地NVRAM块（Native NVRAM block）
4.1.2.2 冗余NVRAM块（Redundant NVRAM block）
4.1.2.3 数据集NVRAM块（Dataset NVRAM block）
4.1.3 同步机制（Synchronization Mechanism supported）
4.1.4.1 基于CRC的比对（CRC based comparation）
4.1.4.3 写校验（write verification）
4.1.4.4 RAM block 控制（RAM Block handling using the NvM_SetRamBlockStatus API）
4.1.4.4.1 启动阶段（During startup phase (NvM_ReadAll)）
4.1.4.4.1 关闭阶段（During shutdown phase (NvM_WriteAll)）
4.1.4.5 软件变更兼容性（Resistant to changed software）
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