CN107193497A - 一种基于ram和nvm混合内存的汽车ecu数据动态管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于RAM和NVM混合内存的汽车电子控制单元(ECU)存储架构，并提供了基于所述存储架构的ECU数据动态管理方法，目的是延长NVM寿命。所述方法包括：在系统架构上，将RAM和NVM都连接在内存控制器上，实现混合内存；在汽车运行过程中，对于存放在RAM中的数据，ECU将记录下同种数据连续相同次数，当连续相同次数达到某设定值的时候，将此种数据从RAM读入NVM；对于存放在NVM中的数据，ECU将读入数据与前一次数据进行比较，若相同，则不再写入，若不同，则写入覆盖，并记录下连续不同次数；当连续不同次数达到某设定值的时候，将此种数据从NVM读入RAM。

Description

一种基于RAM和NVM混合内存的汽车ECU数据动态管理方法

技术领域

本发明设计了一种基于混合RAM和NVM存储体系架构的汽车ECU数据管理方法，特别涉及一种可以延长NVM寿命的ECU数据动态管理方法，应用于汽车电子控制系统，属于汽车电子技术领域。

背景技术

汽车电子控制系统在硬件结构上一般由3部分组成：传感器、电子控制单元(ECU)和执行机构。汽车在运行时，各传感器不断检测汽车运行的工况信息，并将这些信息实时地通过输入接口传送给ECU。ECU接收到这些信息时，根据内部预先编写好的控制程序，进行相应的决策和处理，并通过其输出接口输出控制信号给相应的执行器，执行器接受到控制信号后，执行相应的动作，实现某种预定的功能。

ECU(Electronic Control Unit)电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等。从用途上讲则是汽车专用微机控制器。它和普通的电脑一样,由微处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(I/O)、模数转换器(A/D)以及整形、驱动等大规模集成电路组成。用一句简单的话来形容就是“ECU就是汽车的大脑”。在一些中高级轿车上，不但在发动机上应用ECU，在其它许多地方都可发现ECU的踪影。例如防抱死制动系统、四轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统、多向可调电控座椅等都配置有各自的ECU。随着轿车电子化自动化的提高，ECU将会日益增多，线路会日益复杂。

随机存取存储器(random access memory，RAM)又称作“随机存储器”，是与CPU直接交换数据的内部存储器，也叫主存(内存)。它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。按照存储单元的工作原理，随机存储器又分为静态随机存储器(Static RAM，SRAM)和动态随机存储器(Dynamic RAM，DRAM)。

非易失存储器(non-volatile memory,NVM)是指指断电后仍能保持数据的一种存储器，具有非易失、按字节存取、存储密度高、低能耗、读写性能接近DRAM，但读写速度不对称，寿命有限。

越来越多的电子控制单元(ECU)应用于汽车电气和电子系统。具有高性能，快速，低功耗，可靠性的静态随机存取存储器(SRAM)已被用于汽车电子系统。然而，SRAM具有高价格，低容量和易失性的一些缺点。ECU所需的系统数据和用户数据应存储在非易失性存储器中，以避免丢失这些数据。到目前为止，我们使用NVM作为计算机系统或外部存储的软件。由于NVM的高性能，低开销以及更便宜和更便宜的成本，NVM在一些研究中被用作主存储器。然而，NVM对写入次数有限制，因此NVM的写入操作不应该频繁。ECU可以以高频率获得系统数据或用户数据，并且这些数据应该存储在NVM或RAM中。

新兴的NVM是在掉电时保留其信息的存储器。因此，具有大容量和低价格的有吸引力特性的NVM可以应用于汽车电子系统。然而，NVM对写入次数有限制，因此写入操作不应太高。ECU从传感器获得高频率的数据，并且当车辆运行时这些数据应该存储在NVM或RAM中。因此，如果要讲NVM应用到ECU的体系架构之中，必须减少NVM的写入操作次数来隐藏NVM的弱点。

发明内容

本发明针对以上现存问题以及汽车ECU系统的特征设计出一种混合RAM和NVM的存储体系结构及相应的数据管理方法。RAM和NVM直接与内存控制器相连做内存。在此存储架构之上，针对混合存储的特点，提供所需的数据动态存储管理的方法。

在本发明的存储架构中，RAM和NVM组合在一起成为主存储器。RAM和NVM共享相同的地址空间。ECU可以直接从其中加载数据，并且可以使用ECU支持的特殊指令在它们之间移动数据。同时，我们还使用NVM来替代FLASH来作为外存。因此，在我们的架构中，NVM既用作主存储器又用于外存。RAM和NVM都连接到存储器控制器。并且车辆ECU传感器通过总线与存储器连接。传感器将以自己的采样率对数据进行采样，并将数据传输到RAM或NVM。CPU可以从传感器获取数据，也可以与内存控制器通信。

本发明的动态数据管理方法适应本发明的存储架构，提供了动态数据管理服务。动态数据管理方法为从ECU传感器采集的数据提供存储管理服务，目的是为了延长NVM寿命来延长系统寿命。

基于以上的目的和设计，本发明为了减少对NVM的写操作次数，核心思想是将预测到未来一小段时间内变化频率不高的数据存放在NVM中，预测到未来一小段时间内变化频率高的数据存放在RAM中。

具体的，动态数据管理方法提供以下通用功能。

实现ECU传感器采集数据动态存储管理。在汽车启动时决定数据存放到RAM或者是NVM，运行过程中决定数据是否进行迁移，结束时将所有需要存储的数据存储到NVM中。在运行过程中，通过预测变化频率和数据的采样频率共同决定数据是否该迁移。

用于汽车ECU的部分传感器具有相同的采样频率，部分具有不同的采样率。

一些参数数据在车辆运行时具有高频率变化。一些参数数据在车辆运行一段时间之后具有低频率变化。当车辆启动时，几乎所有参数数据都具有高频率变化。在不同的运行情况下，不同的数据变化频率有所不同。

为了实现以上功能，本发明提出的方法提出了5个策略来对ECU从传感器采集的数据进行分配管理。具体的，方法提供了以下5个策略。

当车辆启动时，所有高采样率数据存储到RAM，这些来自传感器的数据的结果也存储在RAM中。其他数据保存在NVM，这些数据的结果也存储到NVM中。以便尽可能多地减少NVM中的写入。

进一步的，NVM中的一种数据或一种结果具有高频率变化，如果RAM有足够的空间存储此类数据或结果，则此类数据或结果应存储到RAM中。

进一步的，如果某种数据或某种结果在RAM中一段时间没有变化，则此类数据或结果应存储到NVM中。[0018]和[0019]的目的是减少来自频繁改变的数据对NVM的写入操作。

进一步的，如果某些类高变化频率的数据存储在NVM和RAM(RAM没有多余的空间来存储更多数据)，那么这些数据中高采样率的数据应存储在RAM中，低采样数据应存储在NVM。目的在于减少类似如下情况对NVM的写操作次数。如果大多数数据在一段时间内改变频繁并且RAM不能在此时存储所有频繁改变的数据，则这些频繁改变数据的高采样率数据将在相同周期中写入比这些改变数据的低采样率数据更多的时间。

进一步的，当车辆停止时，所有数据和结果RAM存储到NVM中。目的在于保存所需数据。

对于[0020]中所述情况，即大多数数据在一段时间内改变频繁并且RAM不能在此时存储所有频繁改变的数据，将对RAM和NVM中适合的数据进行交换。具体交换规则如下。

将NVM中需要交换的数据的采样频率与RAM中数据的采样频率进行比较，将采样频率更高的数据存存放在RAM中，采样频率更低的存放在NVM中。

以下结合其中一种实现方法对[0022]进行作进一步的阐述，但是应该理解，这些描述只是示例的，而并非要限制本发明的范围。建立一个采样频率状态表存放在NVM中，用来记录每种数据的采样频率和当前此数据存放在NVM还是RAM，并对其按照采样频率由高到低进行排序。当NVM中数据需要存储到RAM中，而RAM又存放满了，则查看采样频率状态表，从表尾向前寻找，直到在NVM中此数据，若是查找到有数据存放在RAM中，则此两种数据进行交换。

进一步的，预测某种数据在未来一段时间内是否频繁变化的方法具体如下。

如果输入数据变化频繁，那该数据的输出结果也频繁变化。

对于某种数据，ECU连续获得其值，当这种数据这一次采集的值等于其上一次采集的值，则称这个数据不变一次；当这种数据这一次采集的值不等于其上一次采集的值，则称这个数据变化一次；当某种数据连续不变M次，则预测其在未来一段时间内不会变化；当某种数据连续变化N此，则预测其在未来一段时间内会一直变化。

进一步的，对于在RAM中的某种数据，当某种数据连续不变M次，就预测其在未来一段时间内不会变化，则将其存储到NVM中；对于在NVM中的某种数据，当某种数据连续变化N此，则预测其在未来一段时间内会一直变化，则将其存储到RAM中。

进一步的，[0027]与[0028]中提到的M和N，根据实际情况可以设置不同的值，可取值范围为自然数。

本发明的优点和有益效果如下：

本发明所提供的方法中的存储架构使用RAM和NVM的存储架构，对比原本的RAM和FLASH存储架构，可以根据实际情况缩小RAM容量。NVM的读写速度也高于FLASH。

本发明所提供的方法是一种将NVM应用在汽车电子领域的可行方法。

本发明所提供的方法能够有效减少对NVM的写操作次数，以至于能够延长NVM的使用寿命，延长整个系统的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的系统架构图

图2是本发明的存储控制流程图

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行作进一步的阐述，但是应该理解，这些描述只是示例的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1所示为本发明的系统体系架构图，RAM和NVM分别直接与内存控制器相连作为存储结构部件。

如图1所示，中央处理器单元(CPU)与内存控制器相连，中央处理器单元可以通过内存控制器读取数据。

如图1所示，汽车各传感器部件：冷却液温度传感器，进气歧管压力温度传感器，轮速传感器，氧传感器，曲轴转速及位置传感器，节气门位置传感器等及其他低速设备通过总线与内存控制器相连。

如图2所示为本发明的存储控制流程图。下面结合图2,对本发明方案进行解释说明。所述方法包括：

当汽车启动时，ECU接收从传感器传来的数据，并随时准备接收到ECU关闭信号。

步骤101，如果是本次汽车启动后ECU第一次接收从传感器传来的数据，则将高采样频率的数据存储到RAM中，低采样频率的数据存储到NVM中。然后等待下一次数据传输。

步骤101，如果不是本次汽车启动后ECU第一次接收从传感器传来的数据，则进行步骤102，,判断该数据是在RAM中还是NVM中。

进一步的，如果该数据在RAM中，则进行103步骤，判断该数据此次的值是否等于之前一次的值。

进一步的，如果是等于上一次的值，则连续不变次数加1，并将此数据存入到RAM中，然后进行104步骤，判断连续不变次数是否大于等于M。

若是等于M，则将将改数据转存到NVM中，并等待下一次数据传输，否则不做任何修改直接等待下一次数据传输。

在103步骤中，若是此次的值不等于上一次的值，则将连续不变次数置为0，并将此数据存放到RAM中，等待下一次数据传输。

在102步骤中，若是该数据存放在NVM中，则进行步骤105，判断该数据此次的值是否等于上一次的值。

若是此次的值等于上一次的值，则将连续变化次数置为0，并将此数据存放到RAM中，等待下一次数据传输。

在105步骤中，若是此次的值不等于上一次的值，则连续变化次数加1，并将此数据存入到NVM中，然后进行106步骤，判断连续不变次数是否大于等于N。

若是连续不变次数大于等于N，则进行步骤107，判断此时RAM空间是否足够装下该数据。

若是RAM空间足够装下该数据，则将该数据存储到RAM中，并等待下一次数据传输。

在107步骤中，如果RAM空间不足以装下该数据，则进行步骤108，判断RAM中是否有合适换出的数据。

若是有合适的换出的数据，则将此数据存储到RAM，换出的数据存放到NVM，并等待下一次数据传输。否则不做任何修改直接等待下一次数据传输。

在106步骤中，若是连续不变次数不大于等于N，则不做任何修改直接等待下一次数据传输。

若是接到ECU关闭信号，将所有需要保存的数据存放到NVM中。

以上这些阐述应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载内容之后，技术人员可以对本发明做各种修改或改进，这些等效变化和修饰同样落入本发明方法权利要求所限定的范围。

Claims (9)

1.一种基于随机存取存储器RAM和非易失性存储器NVM混合内存的汽车ECU数据动态管理方法，其特征在于包括一个汽车ECU新型存储体系结构：汽车ECU存储架构包括RAM和NVM，并在此体系结构的基础上实现了一个汽车ECU数据的动态管理方法，其目的在于减少NVM的写次数，延长NVM的寿命，其动态体现在随着汽车的运行，数据根据发明方法自动在RAM和NVM之间迁移。

2.根据权利要求1所述的汽车ECU新型存储体系结构，其特征在于，体系结构中RAM和NVM与内存控制器直接相连，体系结构中，没有FLASH，NVM替代传统结构中FLASH的作用，用来存储不能丢失的数据，同时NVM也用作内存，和RAM形成混合内存存储结构。

3.根据权利要求1所述的汽车ECU数据的动态管理方法，其特征在于，对于不同的RAM和NVM容量，方法可以适应新型存储体系结构，能够一定程度预测数据变化趋势，动态地将数据在RAM和NVM之间迁移。

4.根据权利要求1所述的汽车ECU数据的动态管理方法，其特征在于，汽车在开始运行时，较高采样频率数据将先存储到RAM直至将RAM装满，剩下的数据存储在NVM。

5.根据权利要求1所述的汽车ECU数据的动态管理方法，其特征在于，根据算法预测数据即将变或者不变的情况下，数据会从NVM迁移至RAM，或是从RAM迁移至NVM。

6.根据权利要求1所述的汽车ECU数据的动态管理方法，其特征在于，能够根据设置参数控制数据是否迁移以及在什么情况下迁移。

7.根据权利要求1所述的汽车ECU数据的动态管理方法，其特征在于，在NVM中数据需要迁移至RAM中的时候，比较RAM中数据和需要迁移数据的采样频率，采样频率最低的一项存放到NVM，其余的存放到RAM。

8.根据权利要求1所述的汽车ECU数据的动态管理方法，其特征在于，汽车在运行过程中，数据进行迁移目的是减少NVM的写次数来延长NVM的寿命。

9.根据权利要求1所述的汽车ECU数据的动态管理方法，其特征在于，汽车在运行结束时，所有需要被保存的数据将会被保存在NVM。