适用于民航机载设备的存储器件寿命延长设备及方法与流程

1.本发明涉及一种适用于民航机载设备的存储器件寿命延长设备及方法。


背景技术：

2.民航机载设备指安装于飞机上的民用航空器追踪监视设备，尤其是指具备卫星短报文通信及导航定位功能的机载收发机设备。由于飞机上的设备数量较多且较为复杂，因此在飞机运行过程中每一个设备是否正常工作都关系到飞机的安全性，而设备的工作状态可以通过一些重要参数的实时状态来反映。并且，由于设备上的通信条件有限，因此对于设备上不能实时发送给监控人员的重要参数信息则可以暂时保存到非易失存储器中，待设备回到地面进行维护时再进行数据的查看与分析。
3.现有的向非易失存储器中保存数据的方法主要包括单断电保存或实时保存两种。其中，单断电保存可能存在保存不成功的情况，且由于该方式仅在断电时才对数据进行保存，因此一旦保存不成功则会造成无数据可寻，进而影响后期数据分析；实时保存的方式则需要对非易失存储器进行频繁的擦写，因此会极大地消耗存储器的使用寿命，从而影响设备的正常使用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种适用于民航机载设备的存储器件寿命延长设备及方法。
5.为实现上述发明目的，本发明提供一种适用于民航机载设备的存储器件寿命延长设备及方法，设备包括：
6.储能电路，用于在外部电源丢失时为设备提供电能；
7.掉电监测告警电路，用于实时监控设备电源状态，并在外部电源丢失时发出中断告警信号；
8.掉电中断处理模块，用于触发数据的掉电存储；
9.定时器中断处理模块，用于触发数据的定时存储；
10.非易失存储器空间划分模块，用于对数据存储地址及其索引地址进行初始化和更新维护；
11.存储器访问空间有效性检测模块，用于对数据存储空间进行有效性检测。
12.根据本发明的一个方面，储能电路包括稳压电路、dc/dc转换模块(直流转直流电源转换模块)、隔离电路；
13.当设备上电后，外部电源的信号经过稳压电路得到稳定的电源信号，再经过dc/dc转换模块得到次级稳压电源信号，该电源信号给隔离电路中具有储能功能的部件进行充电；
14.当设备断电时，隔离电路开始放电，为设备其他负载供电。
15.根据本发明的一个方面，掉电监测告警电路包括电源采集电路和处理器(cpu)，电
源采集电路输出的两个电压信号连接在处理器芯片的io引脚上；
16.当电源信号丢失或下降到门限电压以下时，电源采集电路输出电压由高电平变为低电平，并触发处理器产生中断信号；
17.处理器检测到电源采集电路输出的外部电源丢失告警信号后，设置掉电保存标志为有效；
18.处理器检测到电源采集电路输出的设备掉电告警信号后，不进行任何操作，直至断电。
19.根据本发明的一个方面，存储器件的存储空间分为：
20.索引地址空间，用于存储数据存储空间的地址值；
21.数据存储空间，用于存储实时更新的数据；
22.备用存储空间，用于在当前数据存储空间失效时作为新的数据存储空间，并更新索引地址空间内的值。
23.根据本发明的一个方面，sram中待保存数据的更新维护模块，用于实时保存设备运行过程中参数状态的值；
24.数据存储模块，用于在检测到定时时间到或掉电信号有效时启动，将sram中保存的数据提取并保存到非易失存储器中，每次数据存储时判断数据存储的可靠性。
25.适用于民航机载设备的存储器件寿命延长方法，包括以下步骤：
26.a、设备上电，储能电路进行蓄电，掉电监测告警电路实时监测设备电源状态，软件定时器为数据存储进行实时计时；
27.b、判断掉电保存标志是否有效，若掉电保存标志为无效，则在sram(static random access memory，静态随机访问存储器)中实时更新存储信息，并处理其他任务；
28.c、判断定时保存标志是否有效，若定时保存标志为有效，则判断掉电保存标志是否有效，若掉电保存标志为无效，则进行数据向非易失存储器的存储。
29.根据本发明的一个方面，在定时数据保存计时时间到后，定时器中断处理模块设置定时保存标志为有效；
30.当掉电检测电路检测到设备掉电时，掉电中断处理模块设置掉电保存标志为有效，则屏蔽其他任务，仅进行数据存储工作。
31.根据本发明的一个方面，在掉电保存标志为有效时，判断当前掉电是否为虚假掉电，若是，则将掉电保存标志设置为无效，并恢复其他任务；
32.在进行数据向非易失存储器的存储前，判断当前数据存储空间是否有效，若是，则进行数据的存储，否则寻找新的有效数据存储空间，并将新的数据存储地址更新到索引地址空间中。
33.根据本发明的一个方面，在进行虚假掉电的判断时，当检测到电源掉电信号后启动定时器进行掉电计时，若在一段时间后设备仍处于正常工作状态，则判定此次掉电为虚假掉电；
34.在进行数据存储空间的有效性判断时，先将数据写入当前数据存储空间，再进行数据读取，判断读取的数据与写入的数据是否一致，若是，则判定当前数据存储空间有效，否则判定为无效，并重新搜索存储器可用存储空间且重复进行数据的写入与读取，若在重复一定次数后均判定数据存储空间为无效，则放弃本次存储，并将更新后的数据存储地址
重新写入索引地址空间中。
35.根据本发明的一个方面，在所述步骤(a)中，还包括初始化步骤，包括：存储空间划分与管理、定时器参数的初始化配置、获取数据存储地址。
36.根据本发明的一个方面，存储空间划分与管理为，设置存储器索引地址a和初始数据存储地址b，设置时在初始数据存储地址b之前预留一定的地址空间用于保存配置参数信息，在初始数据存储地址b之后的地址空间均用作备用存储地址空间，在当前数据存储空间无效时则按照从前向后的顺序寻找备用存储地址；
37.定时器参数的初始化配置为，启动定时器，设置io电平中断触发方式，并使能所有中断，包括定时器中断和io中断；
38.在获取数据存储地址时，读取索引地址空间的内容，根据读取的内容中的参数值和校验值判断数据是否有效，若是，则提取数据存储地址值b，否则用数据存储地址的初始值初始化索引地址空间。
39.根据本发明的构思，提出一种适用于民航机载设备存储器件的寿命延长方案，可应用于民航机载设备上重要参数信息存储过程的研究中，满足民航机载设备后期飞行状态分析的重要实时参数信息的存储需要，解决机载设备上非易失存储器有限的擦写次数对其使用寿命的限制，可在保证数据存储可靠性的基础上，有效降低对存储器存储空间的访问速率，提高存储空间的使用率，从而达到延长存储器使用寿命的目的。方案通过软硬件相结合的方式对民航机载设备中具有存储功能的器件的使用进行磨损均衡处理，从而达到延长存储器件使用寿命进而保证数据存储的有效性的目的，使得在设备有效寿命的工作期间实现关键参数的有效保存，在民航机电设备领域具有较大的应用价值。
40.根据本发明的一个方案，在设备电路中增加电源掉电预警设计，当检测到电源丢失时才对存储器件执行待保存参数的写入操作，而在设备正常工作过程中，待保存的参数在处理器的sram中进行实时更新维护，并定时将其写入存储器的指定地址空间中，从而可以大大降低对存储器的访问频率。另外，采用双地址对存储器空间进行均衡处理，以增加访问空间数量。如此，通过存储方式和存储器地址空间均衡管理相结合的方式来实现机载设备上重要参数在存储器中的存储，可以有效提高机载设备上存储器件的使用寿命。
41.根据本发明的一个方案，将掉电保存和定时保存相结合，从而既降低了对存储单元的访问速率，以提高存储地址单元的使用寿命，又提高了数据保存的有效性。并设计储能电路和掉电监测告警电路，可以提高掉电时进行参数保存的可靠性。采用双地址空间进行存储空间的均衡分配，可以有效提高存储器空间的利用率，从而大大延长整个存储器件的使用寿命。
42.根据本发明的一个方案，设备包括电路部分(储能电路、掉电监测告警电路)和软件处理部分(掉电中断处理模块、定时器中断处理模块、非易失存储器空间划分模块、存储器访问空间有效性检测模块、存储器空间失效处理模块、数据存储模块)。电路部分在工作时，先使设备接通外部电源，储能电路工作并使隔离电路中的储能部件充电直至充满并维持能量状态，当外部电源丢失时隔离电路中的储能部件开始放电供电路正常工作，在此期间，掉电监测告警电路会一直监测电源状态，监测到电源丢失后会通过控制io电平信号触发处理产生软件中断。
43.根据本发明的一个方案，设计机载设备参数掉电保存机制，保证设备断电前最新
的参数状态能够被记录，从而为后期设备维护提供最完整的数据，具体实现为，cpu监测到电平中断信号后，在中断中设置掉电标志，然后在主循环中检测到该标志后屏蔽其他功能并启动参数的保存。
44.根据本发明的一个方案，设计存储空间均衡使用机制，即通过双地址空间实现有限存储空间的均衡分配，双地址空间是指：索引地址空间a和实时数据存储空间b，索引地址空间a为固定的地址空间，实时数据存储空间b为可变的地址空间，空间a的内容即为空间b的地址值，在空间b发生变化时空间a记录空间b的新地址值，而空间b的寻址范围可为存储器所有非使用的地址空间。由于非易失存储器的擦写多以“块”和“页”为单位(也有的以“字节”为单位)，因此当对当前存储空间b进行操作时，仅影响空间b所在的地址单元，即如果出现由于擦写次数超出存储器限制的擦写次数导致存储空间失效时，也仅是所操作的地址单元失效，不会影响其他地址单元的使用。
45.根据本发明的一个方案，通过采用索引地址空间和可变的数据存储空间(即多备份存储空间)相结合的方法可以有效实现存储器存储空间的均衡使用，提高存储器使用寿命。
46.根据本发明的一个方案，设计存储空间的有效性检测机制，以保证数据存储的有效性，具体为，在存储的参数数据包中设置校验参数，每次数据更新的同时将校验值也随之进行更新；从索引空间a中读取数据存储空间b的地址值，然后向空间b中写入待保存的参数数据包，写完之后再从空间b中读回数据内容，比较读出数据与写入数据是否一致，一致则认为存储空间有效，否则认为空间失效；判断存储空间失效后，则从存储器未使用的地址空间中重新寻找一个存储地址b’作为新的数据存储空间使用，并将当前待保存参数写入b’中，同时将索引空间a中的值更新为b’。
47.根据本发明的一个方案，设计机载设备参数定时保存机制，以防止单掉电保存无效造成后期设备故障分析无有效数据的情况，而定时保存区别于实时数据保存，存储频率较低，故对存储器的访问频率较低，可满足存储器擦写次数的限制。
附图说明
48.图1示意性表示本发明的一种实施方式的适用于民航机载设备的存储器件寿命延长设备构成图；
49.图2示意性表示本发明的一种实施方式的储能电路原理框图；
50.图3示意性表示本发明的一种实施方式的掉电监测告警电路原理框图；
51.图4示意性表示本发明的一种实施方式的存储器件存储空间分配图；
52.图5示意性表示本发明的一种实施方式的适用于民航机载设备的存储器件寿命延长方法的流程图；
53.图6示意性表示本发明的一种实施方式的适用于民航机载设备的存储器件寿命延长设备的软件处理流程图。
具体实施方式
54.为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些
实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
55.下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
56.参见图1，本发明的适用于民航机载设备的存储器件寿命延长设备包括电路和软件两部分，电路部分包括储能电路和掉电监测告警电路，软件部分包括sram中待保存数据的更新维护模块、掉电中断处理模块、定时器中断处理模块、数据存储模块、存储器空间维护(即失效处理)模块(即非易失存储器空间划分模块和存储器访问空间有效性检测模块的集合)。其中，储能电路用于在外部电源丢失时为设备提供短暂的电源信号，可维持设备正常工作并满足do-160相关要求；掉电监测告警电路用于实时监控设备电源状态，当检测到外部电源丢失时通过控制io电平信号触发中断告警；掉电中断处理模块用于响应掉电中断信号，并执行掉电数据存储；定时器中断处理模块用于实现设备正常工作过程中的数据定时存储功能；非易失存储器空间划分模块(即图1中“存储器更新维护模块”中的“双地址空间划分”和“备用空间管理”子模块)用于实现对数据存储地址和存储地址的索引地址进行初始化和更新维护；存储器访问空间有效性检测模块(即图1中“存储器更新维护模块”中的“访问空间有效性检测”子模块)用于对数据存储空间进行有效性检测，以保证数据存储的有效性；sram中待保存数据的更新维护模块用于实时保存设备运行过程中参数状态的值，该值每次发生变化就会在sram中进行及时的更新，sram中保存的数据为掉电可丢失数据；数据存储模块在检测到定时时间到或掉电信号有效时都会启动，即将sram中保存的数据提取保存到非易失存储器中，每次数据存储都要判断数据存储的可靠性。
57.参见图2，储能电路包括稳压电路、dc/dc转换模块(或称dc/dc电路)、隔离电路。当机载设备上电后(即有外部电源输入)，外部电源信号经过稳压电路得到稳定的电源信号，再经过dc/dc转换模块得到次级稳压电源信号，该电源信号给隔离电路中的具有储能功能的部件进行充电。其中，隔离电路输出的power_after电压信号用于给设备其他电路供电，即，当设备断电时(即外部电源丢失)，power_befor电压信号(即该点的采样电压)丢失，此时隔离电路中具有储能功能的部件开始放电，以提供power_after电压(电源)信号，从而可维持设备正常工作一段时间，实现数据断电存储。
58.参见图3，掉电监测告警电路包括电源采集电路和处理器(cpu)，电源采集电路输出的两个电压信号连接在处理器芯片的io引脚上。当电源(电压)信号丢失或下降到门限电压以下时，电源采集电路输出的电压会由高电平变为低电平，该电平信号接入处理器io引脚后，可触发处理器产生中断信号。具体的，当处理器检测到电源采集电路输出的power_los t外部电源丢失告警信号(中断信号)后，设置掉电保存标志为有效；当处理器检测到电源采集电路输出的power_wrn设备掉电告警信号(中断信号)后，意味着隔离电路中的储能部件能量即将耗尽，此时则不进行任何操作，直至断电。
59.参见图4，存储器件的存储空间分为：索引地址空间，用于存储数据存储空间的地址值；数据存储空间，用于存储实时更新的数据；备用存储空间(即数据存储空间的备用空间)，用于在当前数据存储空间失效时作为新的数据存储空间(一般为与当前数据存储空间相邻的备用空间)，并更新索引地址空间内的值。
60.参见图5和图6，适用于民航机载设备的存储器件寿命延长方法，主要包含了掉电
数据保存、定时数据保存和存储器地址空间维护等。当然，本方法在主循环之前先进行初始化步骤，具体包括：存储空间划分与管理、定时器参数的初始化配置、获取数据存储地址。存储空间划分与管理为，设置存储器索引地址a和初始数据存储地址b，设置时在初始数据存储地址b之前预留一定的地址空间，用于保存一些配置参数信息，而在初始数据存储地址b之后的地址空间均用作备用存储地址空间，在当前数据存储空间无效时则按照从前向后(即图4中备用存储空间b’从左至右)的顺序寻找备用存储地址。定时器参数的初始化配置为，启动定时器，设置io电平中断触发方式，并使能所有中断(即开启所有中断，使中断都能正常响应)，包括定时器中断和io中断。在获取数据存储地址时，读取索引地址空间的内容，根据读取的内容中的参数值和校验值判断数据是否有效，有效则提取数据存储地址值b(与上述“初始数据存储地址b”的含义相同，均表示同样作用的地址空间，但其值不一定相同，即在“初始数据存储地址b”地址空间一直有效的情况下则保持不变，否则会被“备用存储地址”的某一地址替换)，无效则用上述“存储空间划分与管理”步骤中的数据存储地址的初始值初始化索引地址空间。
61.在主循环正常处理工作任务时，同时完成设备工作状态参数的实时更新，更新的参数值暂时在sram中进行保存。即，在设备上电后，储能电路进行蓄电、掉电监测告警电路(正常工作)实时监测设备电源状态、软件定时器(正常开启)为数据存储进行实时计时。当然，在初始化之后要判断掉电保存标志是否有效，若是，则屏蔽其他任务，仅进行数据存储工作，否则在sram中实时更新存储信息(即将待存储数据在处理器的sram中进行实时更新)，并处理其他任务。
62.另外，在主循环设备正常工作过程中也要实时查看掉电数据保存标志和定时数据保存标志是否有效，从而判断是否进行后续的数据向非易失存储器的保存操作(即执行掉电数据保存步骤或定时数据保存步骤操作)。具体的，若定时保存标志有效，则进一步判断掉电保存标志是否有效，当掉电数据保存标志也有效时不处理正常工作任务和也不进行设备状态参数的更新，只有在掉电保存标志无效时，进行数据向非易失存储器的存储。这是由于掉电存储优先级较高，所以定时时间到后若掉电标记信号也有效则不再执行定时存储，而执行掉电存储。
63.其中，定时数据保存为，在定时数据保存计时时间到后(即定时存储计时时间到)，定时器中断处理模块设置定时保存标志(或称定时数据保存标志)为有效，当在主循环中主程序检测到该定时保存标志为有效时，启动设备工作状态参数的存储，并在存储前判断掉电数据存储标志是否有效，无效时则主程序进行数据向非易失存储器的存储操作。掉电数据保存为，当掉电检测电路检测到设备掉电时触发软件进入中断，即，在掉电中断处理模块中设置掉电保存标志为有效，当在主循环中主程序检测到掉电数据保存标志为有效时，主程序关闭(屏蔽)处理器软件工程的其他工作任务，仅进行掉电数据存储工作，以减少耗时。
64.本发明在数据存储前先判断当前数据存储空间是否有效，若存储空间有效，则进行数据的存储，否则软件自动寻找新的有效数据存储空间用于数据的写入，并将新的数据存储地址更新到索引地址空间中。具体的存储空间有效性检测为，先将数据写入当前数据存储空间，然后立刻进行数据的读取，判断读取回的数据与写入的数据是否一致，若是，则判定数据存储空间有效(即此次定时数据保存或掉电数据保存的首次数据存储操作有效，不再重复执行数据写入操作，直至下次定时存储时间到或掉电信号有效)，否则判定数据存
储空间无效，则重新搜索存储器可用存储空间，并重复执行数据的写入与读取操作(同时判断数据写入的有效性)，在重复一定次数后(最多重复3次)若存储均无效，则放弃本次存储，更新后的数据存储地址b’重新写入索引地址空间中，以保障下次上电时能够找到正确的存储地址。
65.并且，由于检测到掉电信号后会屏蔽处理器的其他任务，因此当掉电中断是由于电源不稳产生时(即虚假掉电)，则需要在电源稳定时恢复处理器的其他处理任务。本发明判断当前掉电是否为虚假掉电(或称假断电)信号的处理为，当检测到电源掉电信号后启动定时器进行掉电计时，若在一段时间(5s)后设备仍处于正常工作状态，则判定此次断电为虚假掉电，可清除掉电数据保存标志(即将掉电保存标志设置为无效)，并恢复处理器的正常运行状态，即恢复软件工程的其他任务使其正常运行。
66.综上所述，本发明在设备正常工作过程中，保存到非易失存储器的数据在处理器的sram中进行实时的更新维护，并在定时时间到后才将最新的数据写入非易失存储器；在设备掉电时，将最新的数据写入非易失存储器，并采用定时存储和掉电存储相结合的方式进行数据的保存。本发明还设计了存储空间有效性检测机制，即数据存储前后需要判断存储空间的有效性，从而可保证数据存储有效。并且，具备存储空间均衡使用机制，即，检测到当前数据存储空间无效时则更换新的数据存储空间。当检测到掉电信号时，将数据存储功能以外的操作任务全部关闭；同时，设有虚假掉电检测机制；并设计了掉电监测告警电路和储能电路。如此，本发明通过将数据存储方法和存储器空间均衡分配使用方法结合使用，能够在保证重要参数信息可靠存储的基础上达到提高存储器件使用寿命的目的，具有较高的实用价值。当然，本发明适用的存储器件包括所有具有寿命要求的存储器件，适用的设备也不限于民航机载设备，还可适用于其他机载设备或车船载设备。
67.以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。