中心議題：

• 掉電保護在嵌入式係統中的設計應用
• 基於掉電保護方案的硬件設計

解決方案：

• 在S3C4510B和μClinux構建的嵌入式平台實現
• 使用5V和3.3V的直流穩壓電源

• 采用守候進程的方式

在嵌入式係統設計過程中，係統的掉電保護越來越受到重視。本文介紹的方法是在用ARM7係列芯片S3C4510B和μClinux構建的嵌入式平台上實現的。整個掉電保護實現的基本思路是：產生掉電信號，捕捉掉電信號和處理掉電信號。重點介紹這個過程的具體實現。

係統防掉電設計的目的是：采用一種機製，使得係統在意外失去供電的情況下，可以保證係統運行狀態的確定性以及記錄數據的完整性;dangxitonggongdianhuifuhou，xianchangshujukeyijishihuifu，bimianyingyongxitongchanshenghunluan。womenzhidao，zaiqianrushixitongshejiyukaifazhongyuelaiyueduodiyingyongqianrushicaozuoxitong。youyucaozuoxitongdeyinru，shujudeduxiewangwangshitongguowenjiandefangshiwancheng
，erbushizhijieduicunchudanyuandizhicaozuo。yongwenjianduxiefangshicaozuoshuju，zaichengxudeyunxingguochengzhongwangwangjiangshujuzancunzaiyishixingdecunchukongjian
，ruSDRAM，一yi旦dan係xi統tong意yi外wai失shi電dian
，這zhe些xie數shu據ju往wang往wang被bei丟diu失shi。因yin此ci
，當dang係xi統tong意yi外wai失shi電dian時shi必bi須xu采cai取qu一yi定ding的de措cuo施shi進jin行xing係xi統tong的de掉diao電dian保bao護hu，以yi避bi免mian係xi統tong產chan生sheng混hun亂luan。總zong的de說shuo來lai，防fang掉diao電dian程cheng序xu的de主zhu要yao思si路lu就jiu是shi：產生掉電信號
，捕捉掉電信號，處理掉電信號和數據以及現場狀態的恢複。

如果不引入操作係統
，直接對存儲單元進行數據操作

，每次操作的數據量小，可以利用中斷服務的方式進行掉電保護;而er用yong文wen件jian的de方fang式shi進jin行xing數shu據ju操cao作zuo，數shu據ju量liang一yi般ban比bi較jiao大da，因yin此ci基ji於yu中zhong斷duan服fu務wu的de方fang式shi進jin行xing掉diao電dian保bao護hu已yi經jing不bu再zai可ke靠kao。本ben文wen研yan究jiu的de對dui象xiang是shi基ji於yu操cao作zuo係xi統tong的de較jiao為wei複fu雜za的de嵌qian入ru式shi係xi統tong設she計ji過guo程cheng中zhong的de掉diao電dian保bao護hu。

1 掉電保護方案實現的係統基礎

掉電保護是在由ARM體係的硬件平台和μClinux嵌入式操作係統的基礎上實現的。

ARM7係列的微處理器支持八種類型的中斷處理。外部中斷請求會在外部中斷引腳有效(一般是低電平)
，並且程序狀態寄存器相關位(即CPSR的I控製位)設置為允許時得到處理器響應。響應後處理器進入中斷工作模式，PC被裝人中斷向量0x00000018。zaizhegedizhidanyuancunfangzhongduanfuwuchengxurenkoudizhi
，zhongduanfuwuchengxujiukeyibeizhixing。zaidiaodianbaohufanganzhong，zhongduanfuwuchengxuhenjiandan，jiushijiangbiaoshidiaodiandequanjubianliangzhiweijike。zheyangkeyisuoduanchengxuzhixingshijian。

Flash存儲器是一種可在係統(in system)進行電擦寫，電後信息不丟失的存儲器。它具有低功耗、大容量、可整片或分扇區在係統編程(燒寫)
、擦除等特點，並且可由內部嵌入的算法完成對芯片的操作，因而在各種嵌入式係統中得到了廣泛的應用。作為一種非易失性存儲器。Flash在係統中通常用於存放程序代碼、常量表以及一些在係統掉電後需要保存的用戶數據等。常用的Flash為8位或16位的數據寬度

，編程電壓為單3.3V。與Flash存儲器相比較，SDRAM不具有掉電保持數據的特性
，但其存取速度大大高於Flash存儲器，且具有讀/寫的屬性
，因此，SDRAM在係統中主要用作程序的運行空間、數據及堆棧區。當係統啟動時，CPU首先從複位地址0x0處讀取啟動代碼，在完成係統的初始化後，程序代碼一般應調入SDRAM中運行，以提高係統的運行速度，同時，係統及用戶堆棧
、運行數據也都放在SDRAM中。SDRAM的存儲單元可以理解為一個電容，總是傾向於放電
，為避免數據丟失，必須定時刷新(充電)。因此，要在係統中使用SDRAM，就(jiu)要(yao)求(qiu)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)具(ju)有(you)刷(shua)新(xin)控(kong)製(zhi)邏(luo)輯(ji)，或(huo)在(zai)係(xi)統(tong)中(zhong)另(ling)外(wai)加(jia)入(ru)刷(shua)新(xin)控(kong)製(zhi)邏(luo)輯(ji)電(dian)路(lu)，特(te)別(bie)的(de)情(qing)況(kuang)是(shi)在(zai)係(xi)統(tong)失(shi)電(dian)後(hou)


，要(yao)采(cai)取(qu)一(yi)種(zhong)有(you)效(xiao)的(de)機(ji)製(zhi)確(que)保(bao)將(jiang)sDRAM中的數據寫入F1ash中。

2 基於掉電保護方案的硬件設計

圖1是一種典型的嵌入式係統硬件設計方案。係統的微處理器采用S3c4510B，是基於ARM7體係結構的。SDRAM是一種易失性存儲器作為程序的運行空間，類似於PC機的內存;Flash作為程序存儲空間是非易失性的。程序運行過程中的數據往往緩存在sDRAM中
，在係統失電時必須寫往Flash。
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在係統中
，需要使用5V和3.3V的直流穩壓電源。其中,S3C4510B及部分外圍器件需3.3V電源，另外部分器件需5V電源。為簡化係統電源電路的設計，要求整個係統的輸入電壓為高質量的5V的de直zhi流liu穩wen壓ya電dian源yuan。有you別bie於yu一yi般ban的de電dian源yuan回hui路lu設she計ji
，本ben係xi統tong的de電dian源yuan回hui路lu設she計ji過guo程cheng中zhong增zeng加jia了le有you關guan掉diao電dian保bao護hu的de設she計ji。包bao含han這zhe個ge設she計ji的de係xi統tong電dian源yuan電dian路lu如ru圖tu2所示。
這個電源回路除了可以提供5v和3.3v的電源以外
，還為係統掉電保護提供了延時及預警功能，通過軟件的配合可以實現係統的掉電保護機製。正常情況下
，由供電回路1給整個係統供電。當係統由於意外原因掉電時
，由於輸入的比較電壓降低，這樣MAX809 模塊輸出電壓產生翻轉為係統提供掉電中斷預警信號，中斷請求通過外部中斷引腳XREQ0產生;同時供電回路2開始啟用。通過大電容C3

、c4放電
，繼續為係統提供一段供電電壓，支持掉電中斷服務程序完成。供電回路2隻給最小係統供電
，並不給耗電量大的外圍部件供電。這樣，給最小係統的供電時間足夠長
，可以完成敏感數據的保護操作。

通過軟件測算，電容放電可供最小係統工作時間在0.5～4.5S之間。這種測算方法很簡單.編寫一個掉電中斷服務子程序，這個程序隻是不斷進行時間刷新操作。同樣，可以通過軟件測定在這段時間裏向Flash擦寫2～3MB。可見


，在采用這種硬件體製的情況下，係統掉電保護能夠得到可靠的保證。

3 掉電信號處理軟件方法的實現

在μClinux係統下
，掉電信號的捕捉有兩種方式可以進行。一種是運用係統調用，即采用void(*signal(intslg，void(*func)(int)))(int)。這個函數可以為特定的中斷信號安排製訂的執行函數
，用參數func傳遞。在μCllnux中
，共有31個係統中斷信號，其中掉電信號為SIGPWR。假設掉電中斷服務處理程序為void interrupt-service(int)，則中斷服務與信號關聯的方式為：signal(SIGPWR
，interrupt_service)。這種方式充分利用係統調用，實現簡單。在掉電保護方案設計初期也是采用這種機製。但事實證明這種機製並不可靠，其原因是Linux內核產生和管理信號的機製並不完善，有可能存在信號丟失。查閱有關Unix或L1nux的相關資料，可以發現這種狀況也普遍存在於某些其他版本的Linux和Unix中。

另ling一yi種zhong方fang式shi是shi采cai用yong守shou候hou進jin程cheng的de方fang式shi，開kai通tong一yi個ge進jin程cheng


，此ci進jin程cheng專zhuan門men等deng待dai中zhong斷duan信xin號hao。主zhu程cheng序xu根gen據ju數shu據ju操cao作zuo對dui象xiang的de不bu同tong
，將jiang自zi己ji的de流liu程cheng方fang案an劃hua分fen成cheng若ruo幹gan原yuan子zi操cao作zuo
，所suo謂wei原yuan子zi操cao作zuo即ji劃hua定ding的de程cheng序xu塊kuai要yao麼me完wan全quan執zhi行xing
，要yao麼me不bu執zhi行xing。每mei個ge操cao作zuo對dui應ying惟wei一yi狀zhuang態tai標biao誌zhi。在zai每mei個ge原yuan子zi操cao作zuo前qian
，主zhu進jin程cheng都dou將jiang會hui通tong過guo管guan道dao通tong信xin的de方fang式shi閱yue讀du中zhong斷duan信xin號hao。如ru果guo中zhong斷duan信xin號hao產chan生sheng，主zhu進jin程cheng首shou先xian保bao存cun狀zhuang態tai標biao誌zhi，然ran後hou將jiang相xiang關guan數shu據ju寫xie往wangFlash後退出，電源恢複後，主進程首先根據標誌字確定係統恢複方案。圖3用流程圖的方式實現這一過程。 [page]
下麵是實現這一過程的程序片斷：    
結語

基於該方案設計的稅控收款機在實際運行過程中，掉電保護功能完備。此掉電保護設計方法應用對象基於ARM和μClinux構建的嵌入式係統
，在32位嵌入式係統開學中具有典玨型代表意義。因此在嵌人式係統設計中具有推廣價值。