英創(chuàng)信息技術(shù)工控主板的掉電數(shù)據(jù)保護功能介紹

在大多數(shù)工控應(yīng)用中，由于各種復(fù)雜的環(huán)境因素，使工控設(shè)備不可避免的會面臨供電突然斷掉的情況。在許多應(yīng)用場合，需要保存一部分現(xiàn)場數(shù)據(jù)，以保證工控設(shè)備在供電回復(fù)后能繼續(xù)正常運行。為了保證保存數(shù)據(jù)的實時性，除了已保存的數(shù)據(jù)不受掉電影響的基本特性外，現(xiàn)場數(shù)據(jù)的存儲頻率還會非常高，因此還要求數(shù)據(jù)保存的速度應(yīng)足夠快，從而不影響應(yīng)用程序的正常運行。本文的主要目的是分析現(xiàn)場數(shù)據(jù)保護的若干手段，并重點介紹英創(chuàng)工控主板特有的小數(shù)據(jù)高速存儲方案，以支持關(guān)鍵現(xiàn)場數(shù)據(jù)的備份。

本文所指的英創(chuàng)工控主板包括EM9160、EM9260、EM9360以及EM9161這4個產(chǎn)品線的所有型號的產(chǎn)品。這些主板均帶有大容量的NandFlash存儲器，作為非易失性存儲器，NandFlash主要用于存儲應(yīng)用程序、歷史數(shù)據(jù)備份等內(nèi)容。盡管NandFlash也可以作為現(xiàn)場數(shù)據(jù)保護的存儲介質(zhì)，但考慮到NandFlash介質(zhì)有一定的擦寫壽命限制，且數(shù)據(jù)是按扇區(qū)（512字節(jié)或2K字節(jié)）為單位寫入，因此還存在寫入效率較低的問題，因此基于NandFlash的文件系統(tǒng)存儲不是作為現(xiàn)場數(shù)據(jù)保護的最佳方案。

對幾十到幾百個字節(jié)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)的保存，一個比較好的辦法是外擴一片NVRAM，典型的芯片可以考慮鐵電存儲器。有關(guān)鐵電存儲器的具體應(yīng)用，客戶可以參考《工控主板支持鐵電存儲器的簡易方案》一文。在英創(chuàng)工控主板，鐵電存儲器的寫入速度為56KB/s，即寫入一個字節(jié)的時間在18us的水平。采用鐵電存儲器或其它NVRAM的優(yōu)點是存儲的數(shù)據(jù)量沒有限制，但前提是需要增加一定的硬件成本，這可能成為一些大批量應(yīng)用，對成本極其敏感的設(shè)備的障礙。

針對需要保存的現(xiàn)場數(shù)據(jù)通常很少這一特點，同時又能避免客戶設(shè)備為了現(xiàn)場數(shù)據(jù)保存功能而增加額外的成本開銷，我們通過優(yōu)化工控主板的內(nèi)核，為應(yīng)用程序提供了最大6個字節(jié)、帶掉電保護功能的高速存儲空間，用于對關(guān)鍵現(xiàn)場數(shù)據(jù)的備份。由于這6個字節(jié)在系統(tǒng)內(nèi)部，其寫入速度高達1.5MB/s以上，即寫入一個字節(jié)的時間在0.6us水平，6個字節(jié)的寫入時間為3.6us。幾微秒的存儲時間可完全保證系統(tǒng)應(yīng)用線程的正常運行。應(yīng)用程序可通過3個系統(tǒng)調(diào)用來實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的讀寫，它們是：

1、檢查當前存儲的數(shù)據(jù)是否有效

//

// return = TRUE： data stored in NVRAM is valid

// = FALSE： data stored in NVRAM is corrupted or data is unavailable

//

BOOL NVRAMQuery（）

{

BOOL bGoodData;

DWORD dwOutBufSize;

DWORD dwReturnBytes = 0;

BOOL bRet;

bGoodData = FALSE;

dwOutBufSize = sizeof（BOOL）;

bRet = KernelIoControl（IOCTL_EM9X60_NVRAM_BYTE_QUERY， NULL， 0， （LPVOID）&bGoodData， dwOutBufSize， &dwReturnBytes）;

if（bRet）

{

if（！bGoodData）

{

bRet = FALSE;

}

}

return bRet;

}

2、從系統(tǒng)讀出1-6個字節(jié)

//

// input dwMaxLength： buffer length in byte

// output pOutBuffer： output data buffer

// return 》= 0： number of byte read from NVRAM 《= dwmaxLength

// 《 0： read failed

int NVRAMRead（LPVOID pOutBuffer， DWORD dwMaxLength）

{

DWORD dwReturnBytes = 0;

BOOL bRet;

bRet = KernelIoControl（IOCTL_EM9X60_NVRAM_BYTE_READ， NULL， 0， （LPVOID）pOutBuffer， dwMaxLength， &dwReturnBytes）;

if（！bRet）

{

return -1;

}

return （int）dwReturnBytes;

}

3、向系統(tǒng)寫入1-6個字節(jié)

//

// input pInBuffer： input data buffer

// dwDataLength： number of byte need to write 《= 6

// return 》= 0： number of byte written into NVRAM

// 《 0： write failed

//

int NVRAMWrite（LPVOID pInBuffer， DWORD dwDataLength）

{

DWORD dwReturnBytes = 0;

BOOL bRet;

bRet = KernelIoControl（IOCTL_EM9X60_NVRAM_BYTE_WRITE， （LPVOID）pInBuffer， dwDataLength， NULL， 0， &dwReturnBytes）;

if（！bRet）

{

return -1;

}

return dwReturnBytes;

}

在后續(xù)出貨的相關(guān)工控主板中，都將加上6字節(jié)掉電保護高速存儲功能。對已購買英創(chuàng)公司的主板產(chǎn)品，若需要進行關(guān)鍵現(xiàn)場數(shù)據(jù)保存功能的客戶，可將主板寄回英創(chuàng)公司進行免費更新并索取相關(guān)操作的完整源代碼。