嵌入式系统内存检测分析

符冬阳

（中兴通讯股份有限公司 南京研究所，江苏 南京 210012）

嵌入式系统中内存芯片种类繁多，其访问方式、时序要求和初始配置并不完全相同，不同芯片的稳定工作温度等也不一样，甚至同型号不同批次的芯片的特性还不一样。这导致嵌入式系统开发者在内存芯片的兼容性开发、生产检测和运行时监测上需要耗费很多的精力。内存问题小则影响到业务功能，大则影响到系统运行，如何提供一套完整的内存检测手段，及时甄别出坏的内存非常重要，本文就对嵌入式系统的内存检测做一些探讨。

1 典型的嵌入式系统

典型的嵌入式系统框图如图1所示。图1中的BOOT Flash用于存放BOOT版本，BOOT版本实现嵌入式系统的基本初始化，并实现业务版本的加载；Version Flash用来存放业务版本；SDRAM/DDR作为BOOT版本、业务版本运行时使用的内存，也是本文描述的检测对象。网口、串口用来作为版本加载、调试通道、管理通道等；其他接口和设备根据具体的嵌入式系统应用而不同，如交换芯片、显示控制芯片和FPGA等。

2 内存的检测场景

嵌入式设备的内存检测可以存在于以下几个阶段：

图1 典型的嵌入式系统框图

（1）生产中检测：在出厂前进行检测，包括数据线、地址线测试，基本读写测试，强化测试，高低温测试等，生产中的检测本文不做深入描述；

（2）上电自检：在嵌入式系统上电过程中，各种业务还未正式启动，对内存的检测可以比较全面；

（3）运行中检测：业务正常运行起来后，内存已在使用中，只能对未使用的内存空间做例行检测。

对内存的上电自检及运行中检测，都是处在实际应用环境中，本文重点描述这部分检测的实现。

3 内存检测方案

在业务运行阶段，内存已被部分使用，这个时候无法检测到整个内存空间的好坏，为了使内存在应用环境能做到完整检测，需要利用BO OT阶段协助检测内存。

首先有必要了解嵌入式系统的BOOT过程，如图2所示。

图2 BOOT过程示意图

BOOT代码存在BOOT Flash中，一般分为BootCode1和BootCode2两部分。BootCode1在BOOT Flash中直接运行，完成内存的基本初始化、拷贝BootCode2到内存运行。BootCode2也可能压缩过，这种情况下，BootCode1运行时还必须先解压BootCode2再拷贝至内存。BootCode2承担了网口初始化、下载业务版本的功能。

在业务版本Version起来后，运行它所占用的内存无法测试到，本文考虑在BOOT阶段对这块区域进行测试。而当Version运行起来后，就可以对未使用的空间作常规测试，包括原来BootCode2所在的空间（因为Version起来后，BootCode2代码已没有意义）。

具体的测试方案为：

（1）采用一片EEPROM记录内存测试结果、测试要求等；

（2）BOOT阶段根据EEPROM中的测试要求进行内存检测，再将结果写入EEPROM中；

（3）业务版本运行阶段，可以读出 BOOT阶段的内存检测结果，如果异常可产生告警等；

（4）后台服务器以及业务版本可以设置内存检测类型，确定是做简单测试还是复杂测试，并写入EEPROM，以指导下次BOOT选择合适的内存检测类型。

详细的测试流程如图3所示。

图3 内存检测流程

（1）BootCode1拷贝BootCode2到内存之后，会进行版本校验，判断BootCode2的正确性，间接检测了BootCode2运行的内存空间，确保BootCode2能够正常运行，如果出错，可通过指示灯等告警，提示用户检查硬件。

（2）BootCode2正常运行后，从 EEPROM中读取内存检测标志，确定做简单内存测试，还是强化内存测试（嵌入式系统对上电时间有严格要求，为保证迅速启动，一般采用简单内存测试）。

（3）BootCode2检测到错误，可通过指示灯等告警，并将检测结果写入EEPROM，业务版本初始化期间可读出该结果，如果有错，不会继续往下执行，直接告警。

（4）业务版本能正常起来的情况下，可以对空余内存做检测。

（5）在业务版本运行中，可以根据需要设置内存强化检测，会填写检测标志到EEPROM中，并重启系统，触发BOOT中进行内存全检，并将检测结果反馈给后台服务器。对EEPROM里数据格式定义如图4所示。

图4 EEPROM数据格式定义

4 具体测试类型分析

内存检测的具体类型主要考虑如下几种：

（1）基本的数据线、地址线测试。对某几个特定地址读写特定数据，这种检测方式速度快，适用于常规测试，可在系统默认情况下执行。

（2）跳检测试。比如每1 KB区间检测 4 B，采用特征数据进行读写测试，特征数据如0x00000000、0xFFFFFFFF、0x55555555、0xaaaaaaaa等。

（3）强化测试。借鉴开源测试方法memtest86+，利用各种算法进行内存的全方位测试，这种测试耗时长，根据CPU频率不同，内存大小不同，测试时间可能以小时计，这种测试只在首次使用时，或者作设备巡检时选择执行。

对内存检测结果的分析，可以用来筛选内存芯片，指导内存芯片的选型，判断哪些批次的好坏。可以在检测结果里增加内存型号记录、检测当时的环境温度等，作进一步的分析，可以更好的协助芯片选型、批次分析及设计改进。

[1]Wind River.Tornado BSP Training Workshop[Z].1998.

[2]http：//www.memtest.org/，2012-05-01.