嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存檢測分析

符冬陽

（中興通訊股份有限公司 南京研究所，江蘇 南京 210012）

嵌入式系統(tǒng)中內(nèi)存芯片種類繁多，其訪問方式、時序要求和初始配置并不完全相同，不同芯片的穩(wěn)定工作溫度等也不一樣，甚至同型號不同批次的芯片的特性還不一樣。這導(dǎo)致嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者在內(nèi)存芯片的兼容性開發(fā)、生產(chǎn)檢測和運行時監(jiān)測上需要耗費很多的精力。內(nèi)存問題小則影響到業(yè)務(wù)功能，大則影響到系統(tǒng)運行，如何提供一套完整的內(nèi)存檢測手段，及時甄別出壞的內(nèi)存非常重要，本文就對嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存檢測做一些探討。

1 典型的嵌入式系統(tǒng)

典型的嵌入式系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1中的BOOT Flash用于存放BOOT版本，BOOT版本實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的基本初始化，并實現(xiàn)業(yè)務(wù)版本的加載；Version Flash用來存放業(yè)務(wù)版本；SDRAM/DDR作為BOOT版本、業(yè)務(wù)版本運行時使用的內(nèi)存，也是本文描述的檢測對象。網(wǎng)口、串口用來作為版本加載、調(diào)試通道、管理通道等；其他接口和設(shè)備根據(jù)具體的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用而不同，如交換芯片、顯示控制芯片和FPGA等。

2 內(nèi)存的檢測場景

嵌入式設(shè)備的內(nèi)存檢測可以存在于以下幾個階段：

圖1 典型的嵌入式系統(tǒng)框圖

（1）生產(chǎn)中檢測：在出廠前進(jìn)行檢測，包括數(shù)據(jù)線、地址線測試，基本讀寫測試，強化測試，高低溫測試等，生產(chǎn)中的檢測本文不做深入描述；

（2）上電自檢：在嵌入式系統(tǒng)上電過程中，各種業(yè)務(wù)還未正式啟動，對內(nèi)存的檢測可以比較全面；

（3）運行中檢測：業(yè)務(wù)正常運行起來后，內(nèi)存已在使用中，只能對未使用的內(nèi)存空間做例行檢測。

對內(nèi)存的上電自檢及運行中檢測，都是處在實際應(yīng)用環(huán)境中，本文重點描述這部分檢測的實現(xiàn)。

3 內(nèi)存檢測方案

在業(yè)務(wù)運行階段，內(nèi)存已被部分使用，這個時候無法檢測到整個內(nèi)存空間的好壞，為了使內(nèi)存在應(yīng)用環(huán)境能做到完整檢測，需要利用BO OT階段協(xié)助檢測內(nèi)存。

首先有必要了解嵌入式系統(tǒng)的BOOT過程，如圖2所示。

圖2 BOOT過程示意圖

BOOT代碼存在BOOT Flash中，一般分為BootCode1和BootCode2兩部分。BootCode1在BOOT Flash中直接運行，完成內(nèi)存的基本初始化、拷貝BootCode2到內(nèi)存運行。BootCode2也可能壓縮過，這種情況下，BootCode1運行時還必須先解壓BootCode2再拷貝至內(nèi)存。BootCode2承擔(dān)了網(wǎng)口初始化、下載業(yè)務(wù)版本的功能。

在業(yè)務(wù)版本Version起來后，運行它所占用的內(nèi)存無法測試到，本文考慮在BOOT階段對這塊區(qū)域進(jìn)行測試。而當(dāng)Version運行起來后，就可以對未使用的空間作常規(guī)測試，包括原來BootCode2所在的空間（因為Version起來后，BootCode2代碼已沒有意義）。

具體的測試方案為：

（1）采用一片EEPROM記錄內(nèi)存測試結(jié)果、測試要求等；

（2）BOOT階段根據(jù)EEPROM中的測試要求進(jìn)行內(nèi)存檢測，再將結(jié)果寫入EEPROM中；

（3）業(yè)務(wù)版本運行階段，可以讀出 BOOT階段的內(nèi)存檢測結(jié)果，如果異常可產(chǎn)生告警等；

（4）后臺服務(wù)器以及業(yè)務(wù)版本可以設(shè)置內(nèi)存檢測類型，確定是做簡單測試還是復(fù)雜測試，并寫入EEPROM，以指導(dǎo)下次BOOT選擇合適的內(nèi)存檢測類型。

詳細(xì)的測試流程如圖3所示。

圖3 內(nèi)存檢測流程

（1）BootCode1拷貝BootCode2到內(nèi)存之后，會進(jìn)行版本校驗，判斷BootCode2的正確性，間接檢測了BootCode2運行的內(nèi)存空間，確保BootCode2能夠正常運行，如果出錯，可通過指示燈等告警，提示用戶檢查硬件。

（2）BootCode2正常運行后，從 EEPROM中讀取內(nèi)存檢測標(biāo)志，確定做簡單內(nèi)存測試，還是強化內(nèi)存測試（嵌入式系統(tǒng)對上電時間有嚴(yán)格要求，為保證迅速啟動，一般采用簡單內(nèi)存測試）。

（3）BootCode2檢測到錯誤，可通過指示燈等告警，并將檢測結(jié)果寫入EEPROM，業(yè)務(wù)版本初始化期間可讀出該結(jié)果，如果有錯，不會繼續(xù)往下執(zhí)行，直接告警。

（4）業(yè)務(wù)版本能正常起來的情況下，可以對空余內(nèi)存做檢測。

（5）在業(yè)務(wù)版本運行中，可以根據(jù)需要設(shè)置內(nèi)存強化檢測，會填寫檢測標(biāo)志到EEPROM中，并重啟系統(tǒng)，觸發(fā)BOOT中進(jìn)行內(nèi)存全檢，并將檢測結(jié)果反饋給后臺服務(wù)器。對EEPROM里數(shù)據(jù)格式定義如圖4所示。

圖4 EEPROM數(shù)據(jù)格式定義

4 具體測試類型分析

內(nèi)存檢測的具體類型主要考慮如下幾種：

（1）基本的數(shù)據(jù)線、地址線測試。對某幾個特定地址讀寫特定數(shù)據(jù)，這種檢測方式速度快，適用于常規(guī)測試，可在系統(tǒng)默認(rèn)情況下執(zhí)行。

（2）跳檢測試。比如每1 KB區(qū)間檢測 4 B，采用特征數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫測試，特征數(shù)據(jù)如0x00000000、0xFFFFFFFF、0x55555555、0xaaaaaaaa等。

（3）強化測試。借鑒開源測試方法memtest86+，利用各種算法進(jìn)行內(nèi)存的全方位測試，這種測試耗時長，根據(jù)CPU頻率不同，內(nèi)存大小不同，測試時間可能以小時計，這種測試只在首次使用時，或者作設(shè)備巡檢時選擇執(zhí)行。

對內(nèi)存檢測結(jié)果的分析，可以用來篩選內(nèi)存芯片，指導(dǎo)內(nèi)存芯片的選型，判斷哪些批次的好壞。可以在檢測結(jié)果里增加內(nèi)存型號記錄、檢測當(dāng)時的環(huán)境溫度等，作進(jìn)一步的分析，可以更好的協(xié)助芯片選型、批次分析及設(shè)計改進(jìn)。

[1]Wind River.Tornado BSP Training Workshop[Z].1998.

[2]http：//www.memtest.org/，2012-05-01.