CN108121428A - 一种瞬时掉电时mcu的内存数据保护方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种瞬时掉电时MCU的内存数据保护方法和装置。所述MCU不具备备份内存功能，其所述MCU的静态随机存取存储器SRAM不需要使用MCU芯片的主时钟分频，所述方法包括：在MCU供电端增加一个储能电容器；检测MCU的外部供电电压，当外部供电电压低于预设电压阈值时，进行低功耗处理；当MCU的外部供电恢复时，使用SRAM中的数据恢复系统至掉电前的工作状态。本发明实现了使得不具备专用备份内存的部分MCU具备瞬时掉电内存数据保护功能，拓展了低端MCU的应用领域，降低了硬件成本。

Description

一种瞬时掉电时MCU的内存数据保护方法和装置
技术领域
本发明涉及数据存储领域，具体涉及一种瞬时掉电时MCU的内存数据保护方法和装置。
背景技术
某些电子产品要求短时间断电后，再次供电启动产品后可以恢复到断电之前的状态，比如车载娱乐系统产品，由于汽车电瓶使用较长时间后其性能会有较大下降，特别是在发动汽车瞬间，由于此时汽车发动机尚未工作，发动机带动的发电机也没有工作，此时完全依靠汽车电瓶供电进行点火，这时候需要电瓶输出较大的电流，由于电瓶老化输出能力下降，为了能尽可能发动汽车，在较大电流输出瞬间电瓶的输出电压会被拉低，如果此时恰好车载娱乐系统正在工作，很可能会造成产品内部电气单元复位断电，为了能够适应这种场景，车载娱乐产品瞬间掉电恢复正常供电后能恢复到之前的工作状态的需求就产生了，为了能够实现这个需求，瞬时断电之前内存存储的工作状态变量就必须有一种方法进行存储，避免丢失，从而实现瞬时断电后的功能可恢复。
目前较为常见的实现方案是使用具备备份内存(下文简称backup memory)功能的微型控制器(下文简称MCU)，由于是MCU自身硬件具备backup memory的功能，其可以实现瞬间断电后的可恢复功能，其基本方法是：(1)系统启动时对这个区域进行寄存器配置，从而使能backup memory功能。(2)将需要进行瞬时保护的变量定义到这个特殊的物理区域。(3)构建区域恢复算法、识别数据有效性。(4)每次复位后进行有效数据读取。使用具备backupmemory功能的MCU可以实现瞬间断电后的可恢复功能，但是由于这个物理功能完全依赖MCU的backup memory，这样在方案选型时就必须去选择具备这个功能的芯片，相对于低成本不具备backup memory的MCU势必需要增加一定的硬件成本，如果能够使不具备这个特殊物理区域的芯片也能实现相同功能，那么整体方案的成本就可以进一步降低，方案的竞争性也会进一步加强，因此需要一种低成本的解决方案。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种瞬时掉电时MCU的内存数据保护方法和装置。
根据本发明的一个方面，提出了一种瞬时掉电时MCU的内存数据保护方法，所述MCU不具备备份内存功能，其所述MCU的静态随机存取存储器SRAM不需要使用MCU芯片的主时钟分频，所述方法包括：
在MCU供电端增加一个储能电容器；
检测MCU的外部供电电压，当外部供电电压低于预设电压阈值时，进行低功耗处理；
当MCU的外部供电恢复时，使用SRAM的数据恢复系统至掉电前的工作状态。
优选地，所述方法还包括：当外部供电恢复时，使用SRAM中的数据恢复系统至掉电前的工作状态之前，校验所述SRAM中的数据是否完整，如果所述数据完整，则执行所述使用SRAM的数据恢复系统至掉电前的工作状态的步骤，如果所述数据不完整，清除所述SRAM中的数据，并进行初始化。
优选地，所述校验所述SRAM中的数据是否完整包括：
标记SRAM缓存区域的关键数据，校验所述关键数据的标记掉电前后是否一致，如果一致，则校验所述SRAM中的数据完整。
优选地，所述低功耗处理包括：
将所有外设电子元器件的工作模式转换为低功耗工作模式，并将所述处理器的工作模式转换为低功耗工作模式，使得外设电子元器件和所述处理器进入极低电流工作状态。
优选地，所述储能电容器提供的电荷高于所述SRAM的保持数据不丢失的电荷。
根据本发明的另一个方面，提出了一种瞬时掉电时MCU的内存数据保护装置，所述MCU不具备备份内存功能，其所述MCU的静态随机存取存储器SRAM不需要使用MCU芯片的主时钟分频，在MCU供电端增加一个储能电容器，所述装置包括：
低功耗处理单元，用于检测MCU的外部供电电压，当外部供电电压低于预设电压阈值时，进行低功耗处理；
状态恢复单元，用于当MCU的外部供电恢复时，使用SRAM的数据恢复系统至掉电前的工作状态。
优选地，所述装置还包括数据校验单元，
所述数据校验单元，用于当外部供电恢复时，使用SRAM中的数据恢复系统至掉电前的工作状态之前，校验所述SRAM中的数据是否完整，如果所述数据完整，则执行所述使用SRAM的数据恢复系统至掉电前的工作状态的步骤，如果所述数据不完整，清除所述SRAM中的数据，并进行初始化。
优选地，所述数据校验单元，具体用于标记SRAM缓存区域的关键数据，校验所述关键数据的标记掉电前后是否一致，如果一致，则校验所述SRAM中的数据完整。
优选地，所述低功耗处理单元，具体用于将所有外设电子元器件的工作模式转换为低功耗工作模式，并将所述处理器的工作模式转换为低功耗工作模式，使得外设电子元器件和所述处理器进入极低电流工作状态。
优选地，所述储能电容器提供的电荷高于所述SRAM的保持数据不丢失的电荷。
本发明的有益效果是：本发明的技术方案，通过在MCU供电端增加一个储能电容器；检测MCU的外部供电电压，当外部供电电压低于预设电压阈值时，进行低功耗处理，利用储能电容器为MCU提供工作电压；当MCU的外部供电恢复时，使用SRAM的数据恢复系统至掉电前的工作状态，相比于现有技术必须使用具有备份内存功能的MCU才能使得瞬时掉电内存数据不会丢失，本发明实现了使得不具备专用备份内存的部分MCU具备瞬时掉电内存数据保护功能，拓展了低端MCU的应用领域，降低了硬件成本。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了根据本发明一个实施例中的一种瞬时掉电时MCU的内存数据保护方法的流程图；
图2示出了根据本发明一个实施例中的另一种瞬时掉电时MCU的内存数据保护方法的具体流程图；
图3示出了根据本发明一个实施例中的一种瞬时掉电时MCU的内存数据保护装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一
图1示出了根据本发明一个实施例中的一种瞬时掉电时MCU的内存数据保护方法的流程图，需要说明的是，该MCU不具备备份内存功能，其MCU的静态随机存取存储器SRAM(下文简称SRAM)不需要使用MCU芯片的主时钟分频。需要说明的是，由于MCU芯片在进行主时钟分频时，必须启动晶体工作，一旦启动晶体工作将需要较高的电能。如果SRAM在正常工作过程中不需要使用MCU芯片的主时钟分频，那么只需较低的电荷量，SRAM即可正常工作。应该知道，MCU在低压下维持工作，其电压值也需要满足一个最低值，以瑞萨UPD78K0和RL78系列为例，其复位电压一般在供电电压的70％，当由于外部供电异常使其复位后，正常的软件程序已经无法运行，但SRAM内的数据依然可以保持之前的状态，即便外部供电电压跌落到0.4V，SRAM中的数据依然可以不被破坏。
为了尽可能在外部供电供电出现异常后，MCU中的SRAM能有更多的时间来维持数据，一般还需要进行如图1所示方法的处理，图1所示的方法包括：
在步骤S110中，在MCU供电端增加一个储能电容器；
在步骤S120中，检测MCU的外部供电电压，当外部供电电压低于预设电压阈值时，进行低功耗处理；
在步骤S130中，当MCU的外部供电恢复时，使用SRAM中的数据恢复系统至掉电前的工作状态。
通过图1所示的方法，可知，本发明的技术方案，通过在MCU供电端增加一个储能电容器；检测MCU的外部供电电压，当外部供电电压低于预设电压阈值时，进行低功耗处理，利用储能电容器为MCU提供工作电压；当MCU的外部供电恢复时，使用SRAM的数据恢复系统至掉电前的工作状态，相比于现有技术必须使用具有备份内存功能的MCU才能使得瞬时掉电内存数据不会丢失，本发明实现了使得不具备专用备份内存的部分MCU依旧具备瞬时掉电内存数据保护功能，拓展了低端MCU的应用领域，降低了硬件成本。
为了使得本发明的技术方案更加清楚，下面举一个具体的例子进行解释说明。图2示出了根据本发明一个实施例中的另一种瞬时掉电时MCU的内存数据保护方法的具体流程图，如图2所示：
S201、检测MCU的外部供电电压。在本发明的一个实施例中，外部供电电压为电源。
S202、判断外部供电电压是否低于电压阈值(例如，4mV)？若是，则执行步骤S203；若否，则执行步骤S201。
S203、进行低功耗处理。在本发明的一个实施例中，先将所有外设电子元器件的工作模式转换为低功耗工作模式(例如，将通讯接口、输出输出端口、时钟等耗电的电子元器件的功能禁用或者关闭)，然后将处理器的工作模式转换为低功耗工作模式(例如，将MCU的工作模式设置为“停止”状态，“停止”状态是MCU低耗电的极限状态)，使得外设电子元器件和处理器均进入极低电流工作状态。进行低功耗处理的目的是尽可能使MCU及其外设电子元器件的耗电最小化，使得MCU及其外设电子元器件消耗极低的储能电容器提供的维持SRAM工作的电流。
S204、储能电容器为MCU供电。需要说明的是，本实施例在硬件设计上，在MCU供电端增加一个储能电容器，其目的是能在外部供电断开后，MCU可以以极低的电流工作较长时间，只要储能电容器提供的电压高于MCU极限值(例如4mV)，即使MCU复位了，MCU在储能电容器的供电下，使得SRAM的内部保护数据依然可以不被破坏。另外，之所以使用电容器而不使用电池，主要是成本考虑和安全考虑，电池在高低温恶劣的环境下是极不安全的。另外，在外部电源正常工作时，外部电源为储能电容器充电；在外部电源无法正常工作时，储能电容器放电，为MCU提供维持SRAM工作的电荷量。需要说明的是，储能电容器提供的电荷高于SRAM的保持数据不丢失的电荷。
S205、判断外部供电是否恢复？若是，则执行步骤S206；需要说明的是，当外部供电电压恢复后，MCU会被再次激活进入运行状态，这个时候会有一个专门的检测程序，主要来校验被保护内存区的数据完整性，如果数据完整就可以直接恢复到瞬间断电之前的状态了。若否，则执行步骤S203。
S206、校验数据是否完整？若是，则执行步骤S207；若否，则执行步骤S209。在本发明的一个实施例中，在掉电时，标记SRAM缓存区域的关键数据，例如，将SRAM分为10个区，每个区顺次编号1-10。在再次供电时，检验SRAM中10个编号是否与掉电前的10个编号一致，如果一致，则校验SRAM中的数据完整。如果不一致，则校验SRAM中的数据不完整。需要说明的是，在对SRAM中的数据进行分区编号的过程中，用户可以自定义需要保存的重要数据，那么在掉电后，SRAM中只保存用户预先定义好的数据，例如，用户自定义保存“游戏”、“视频”、“淘宝”等数据。
S207、使用SRAM中的数据恢复系统至掉电前的工作状态。由于SRAM正常工作时，不需要使用MCU芯片的主时钟分频，因此在储能电容器提供的电荷下能够工作较长的时间，SRAM中的数据依旧是掉电前的数据，因此，在系统再次供电时，使用SRAM中的数据即可恢复系统至掉电前的工作状态。
S208、系统正常运行。
S209、清除SRAM中的数据。
S210、初始化SRAM。
实施例二
图3示出了根据本发明一个实施例中的一种瞬时掉电时MCU的内存数据保护装置的结构示意图，该MCU不具备备份内存功能，该MCU的静态随机存取存储器SRAM不需要使用MCU芯片的主时钟分频，其特征在于，在MCU供电端增加一个储能电容器，如图3所示，瞬时掉电时MCU的内存数据保护装置300包括：
低功耗处理单元310，用于检测MCU的外部供电电压，当外部供电电压低于预设电压阈值时，进行低功耗处理；
状态恢复单元320，用于当MCU的外部供电恢复时，使用SRAM的数据恢复系统至掉电前的工作状态。
在本发明的一个实施例中，仍如图3所示，瞬时掉电时MCU的内存数据保护装置300还包括数据校验单元330，
数据校验单元330，用于当外部供电恢复时，使用SRAM中的数据恢复系统至掉电前的工作状态之前，校验SRAM中的数据是否完整，如果数据完整，则执行使用SRAM的数据恢复系统至掉电前的工作状态的步骤，如果数据不完整，清除SRAM中的数据，并进行初始化。
在本发明的一个实施例中，仍如图3所示，数据校验单元330，具体用于标记SRAM缓存区域的关键数据，校验关键数据的标记掉电前后是否一致，如果一致，则校验SRAM中的数据完整。
在本发明的一个实施例中，仍如图3所示，低功耗处理单元310，具体用于将所有外设电子元器件的工作模式转换为低功耗工作模式，并将处理器的工作模式转换为低功耗工作模式，使得外设电子元器件和处理器进入极低电流工作状态。
在本发明的一个实施例中，储能电容器提供的电荷高于SRAM的保持数据不丢失的电荷。
需要说明的是，图3所示的瞬时掉电时MCU的内存数据保护装置的工作过程与图1或者图2所示的瞬时掉电时MCU的内存数据保护方法的实施步骤相同或者部分对应相同，相同内容不再赘述。
综上所述，本发明的技术方案，通过在MCU供电端增加一个储能电容器；检测MCU的外部供电电压，当外部供电电压低于预设电压阈值时，进行低功耗处理，利用储能电容器为MCU提供工作电压；当MCU的外部供电恢复时，使用SRAM的数据恢复系统至掉电前的工作状态，相比于现有技术必须使用具有备份内存功能的MCU才能使得瞬时掉电内存数据不会丢失，本发明实现了使得不具备专用备份内存的部分MCU具备瞬时掉电内存数据保护功能，拓展了低端MCU的应用领域，降低了硬件成本。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种瞬时掉电时MCU的内存数据保护方法，所述MCU不具备备份内存功能，其所述MCU的静态随机存取存储器SRAM不需要使用MCU芯片的主时钟分频，其特征在于，所述方法包括：
在MCU供电端增加一个储能电容器；
检测MCU的外部供电电压，当外部供电电压低于预设电压阈值时，进行低功耗处理；
当MCU的外部供电恢复时，使用SRAM中的数据恢复系统至掉电前的工作状态。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当外部供电恢复时，使用SRAM中的数据恢复系统至掉电前的工作状态之前，校验所述SRAM中的数据是否完整，如果所述数据完整，则执行所述使用SRAM的数据恢复系统至掉电前的工作状态的步骤，如果所述数据不完整，清除所述SRAM中的数据，并进行初始化。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述校验所述SRAM中的数据是否完整包括：
标记SRAM缓存区域的关键数据，校验所述关键数据的标记掉电前后是否一致，如果一致，则校验所述SRAM中的数据完整。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低功耗处理包括：
将所有外设电子元器件的工作模式转换为低功耗工作模式，并将所述处理器的工作模式转换为低功耗工作模式，使得外设电子元器件和所述处理器进入极低电流工作状态。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储能电容器提供的电荷高于所述SRAM的保持数据不丢失的电荷。
6.一种瞬时掉电时MCU的内存数据保护装置，所述MCU不具备备份内存功能，其所述MCU的静态随机存取存储器SRAM不需要使用MCU芯片的主时钟分频，其特征在于，在MCU供电端增加一个储能电容器，所述装置包括：
低功耗处理单元，用于检测MCU的外部供电电压，当外部供电电压低于预设电压阈值时，进行低功耗处理；
状态恢复单元，用于当MCU的外部供电恢复时，使用SRAM的数据恢复系统至掉电前的工作状态。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括数据校验单元，
所述数据校验单元，用于当外部供电恢复时，使用SRAM中的数据恢复系统至掉电前的工作状态之前，校验所述SRAM中的数据是否完整，如果所述数据完整，则执行所述使用SRAM的数据恢复系统至掉电前的工作状态的步骤，如果所述数据不完整，清除所述SRAM中的数据，并进行初始化。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述数据校验单元，具体用于标记SRAM缓存区域的关键数据，校验所述关键数据的标记掉电前后是否一致，如果一致，则校验所述SRAM中的数据完整。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述低功耗处理单元，具体用于将所有外设电子元器件的工作模式转换为低功耗工作模式，并将所述处理器的工作模式转换为低功耗工作模式，使得外设电子元器件和所述处理器进入极低电流工作状态。
10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述储能电容器提供的电荷高于所述SRAM的保持数据不丢失的电荷。
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