一种嵌入式系统电源掉电保护方法

徐 杰，唐 甜，刘 晓（中航工业西安航空计算技术研究所，西安，710065）



一种嵌入式系统电源掉电保护方法

徐 杰，唐 甜，刘 晓
（中航工业西安航空计算技术研究所，西安，710065）

摘要：本文介绍了嵌入式系统掉电保护的必要性，分析了掉电保护对硬件系统的基本要求，总结了软件对掉电信号的捕捉、处理方法、描述了数据及现场状态的恢复过程。

关键词：掉电保护；嵌入式系统

0 引言

系统防掉电设计的目的是采用一种机制，使得系统在意外失去供电的情况下，可以保证系统运行状态的确定性以及记录数据的完整性；当系统供电恢复后，现场数据可以及时恢复，避免应用系统产生混乱。本文介绍了一种简单可靠的嵌入式系统掉电保护方法，重点说明其软件处理流程。此方法充分考虑到系统运行状态，能够很好地解决掉电保护的问题。

图1 冷热起动软件执行流程示意图

1 掉电保护功能的硬件系统概述

掉电保护就是要在系统运行过程中出现掉电时保护系统参数，以便电源恢复后能够继续掉电前的状态正常运行。因此在本系统中采用储能电路为RAM芯片供电。电源中断后，RAM供电电路需继续给RAM芯片提供t1的供电支持，使RAM内的数据在t1时间内不会丢失；另外，硬件电路还需监控电源信号，在电源电压下降到任何一芯片不能正常工作前进行硬件复位，防止掉电过程中因电路电平随机变化造成的误操作。如供电能够在t1时间内恢复，则产生热起动信号（~WSTART），并将复位信号置为无效状态。

2 掉电保护的软件处理流程

硬件电路的设计只能产生掉电信号，保证在掉电过程中RAM中的参数不丢失。对于整个系统，必须硬件与软件配合才能够真正实现系统的掉电保护。掉电保护软件的设计思路就是：捕捉掉电信号、处理掉电信号、数据及现场状态的恢复。

本系统中软件处理流程如图1所示。

2.1 冷热起动判别

图2 冷热起动判别方法示意图

嵌入式系统欠压时产生硬件复位信号，待电源恢复时，软件自程序入口开始执行，进行冷热起动判别。冷热起动判别方法如图2所示。当软件检测到热起动信号有效且RAM中的数据得以保持时，软件执行热起动流程。

为检测掉电前RAM中的数据是否得到保持，软件监控系统运行状态，如运行状态非控制空闲状态时，软件将RAM中的某固定地址addr赋值为常数c，否则将该地址赋值为0。冷热起动判别时，读取该地址存储的数据并与c比较，一致则认为RAM的数据得以保持。

2.2 热起动处理流程

与冷起动不同，热起动时软件不执行上电初始化、上电自检等流程，而是根据RAM中存储的现场数据直接进入系统控制状态，快速实现数据及现场信息的恢复。

2.3 掉电故障的检测

为检测掉电故障，在嵌入式系统自带的NVRAM芯片中分配LEN个字节的存储区域loss_pwr，用于记录掉电标志，其中最后一个字节用于存放索引值index，其范围为［0， LEN-2］。系统正常运行时，软件周期性向loss_pwr［index］中写入0x55，系统正常下电时写入0xAA；另外在NVRAM中分配其他地址空间用于存储日期、时间，系统正常运行时周期性地进行更新。这样在检测到掉电故障时，还可从NVRAM中获取掉电时的近似日期与时间，便于后续的故障排除。

系统电源恢复后读取NVRAM中该单元的值，如为0x55，表明上次下电为非正常下电，形成电源中断故障标志。并记录故障信息。

3 结论

经上述处理后，电源瞬时掉电恢复后能够继续掉电前的状态运行，快速恢复系统的正常工作；另外，采用软件设计方法实现了掉电故障的检测，故障及故障现场信息的记录，并对电源掉电执行控制保护功能，确保维护人员及时发现并排除该故障，保证系统正常工作。掉电故障检测及记录方法考虑到EEPROM擦写寿命有限的问题。掉电保护方法切实可行可靠。

参考文献

［1］王兵，陈军东.嵌入式系统掉电保护的一种设计方法［J］.单片机与嵌入式系统应用，2005， 11.

［2］李宇.基于单片机系统可靠性的掉电保护的研究［J］.集成电路与元器件卷，2014年第07期.

A Method of Power Fail Protection for Embedded System

Xu Jie，Tang Tian，Liu Xiao
（Xi'an Aeronautics Computing Technique Research Institute，AVIC， Xi'an，710065 China）

Abstract：This paper analysed the necessity of power fail protection for embedded system，provided basic hardware demand，discussed the method to catch and deal with the signal of power fail，and provided a way for data recovery.

Keywords：Power Fail Protection；Embedded System

作者简介

徐杰（1985-），女，工程师，主要从事计算机应用工程研究。