ARM平台数据为何会莫名其妙损失

图1 Nand-Flash与eMMC芯片

1.1存储器件利用寿命

利用了Nand-Flash的主板涌现丢数据掉程序征象，是一个让无数工程师不寒而栗的事件。
眼看着程序用着用着就消逝了，只能干焦急也无法下手。
有履历的工程师手起刀落换上一颗新物料，熬夜补代码连续撑过半个项目周期。
转头无处发泄还要大刀阔斧换厂商、换品牌。
与其换几片Nand-Flash还能包袱得起，但毕竟这是一个无底洞，不如去深入探明问题缘故原由，不然散尽家财也无法填补亏空。

器件数据手册中常日描述Nand-Flash的块擦写寿命达10万次，EMMC的块擦写最高也会有1万次;同理，EEPROM、SD卡、CF卡、U盘、Flash硬盘等存储介质在都存在写寿命的问题。
在文件系统向写数据的底层存储器块写数据时，常规会先将块里的数据读出来，擦除块干净后，将须要写入的数据和之前读出来的块数据一起在回写到存储器里面去，如果文件系统写平衡没有处理好，特殊是哀求1分钟以内要记录一次数据这样频繁的擦写块操作，就有可能将Nand-Flash或EMMC的块写坏。

1.2存储器件掉电丢数据

文件系统向存储器写数据时，常规是先将块里的数据读出来，擦除块干净后，将须要写入的数据和之前读出来的块数据一起在回写到存储器里面去。
如果设备在擦除块过程中或者在回写数据过程中意外发生断电乃至电压不稳定，均会造出数据丢失或者破坏。
如果丢失的数据是文件系统的FAT表，则会造成文件系统崩溃。
这便是引起系统程序无法启动灾害性后果的缘故原由。

1.3系统数据保护方案

很多时候，产品在未出厂前烧录程序、反复测试，无论若何折腾也不会涌现丢程序的情形。
这可能的成分是测试设备担保了稳定的运行中电源输出，因此系统运行中正常的Flash保护机制是可靠实行的。

相对付用户实际利用而言，想避免Flash破坏的情形。
须要严格遵守产品解释利用，尤其把稳避免在Flash擦除或写入过程中人为地溘然掉电。
这是存储器件用法的一个大忌，纵然无缺的器件，如此不规范的利用也会大大缩短其寿命。
而且不同环境下的电源系统五花八门，在电源不知足功率哀求情形下程序对付电源低电量的检测阈值较低，此时逼迫启动系统或实行写操作更会加剧系统耗电颠簸，巨大的纹波也会引起CPU对存储的误操作。

办理此问题对付软件方面而言：

调试系统或现场利用时，建议利用软件复位，避免人为频繁的通过断电实现复位操作;有断电必要时，将打印信息添加如“系统加载完成”、“数据保存完毕”等指示解释后操作;

软件采纳Flash均衡保存算法，高效地调度变动数据时擦除的Flash区域大小;

可将数据先写入内存或者铁电存储器，然后定期的再将数据搬移到大的存储器里面，减少直接断Nand-Flash、EMMC擦写次数;

在程序中加入或者提高电源电量检测的阈值，程序上担保所有电源系统下的芯片在此阈值上均可以正常事情。

读写过程中仔细对坏块表进行掩护更新，避免程序写入坏块。
读取数据时对ECC校验，确保读取数据无误。

从硬件角度考虑须要把稳：

用法上避免在Flash擦除或写入过程中人为溘然掉电;

设计好处理掌握核心的电源系统，防止CPU等在启动、运行中，电源系统因瞬时变革引起的纹波等情形;

搭配掉电检测电路，在检测到外部电源掉电的同时，及时迅速关闭文件系统，停滞向文件系统内写数据的操作;

添加文件系统电源域UPS电源，乃至整机掉电续航事情电源;

对付利用EEPROM等小容量存储的用户而言，可以考虑利用高可靠性的铁电材料加工制成的铁电非易失落性存储器FRAM来更换。
FRAM可以像RAM一样快速读写。
数据在掉电后可以保存10年，且其读写寿命高达100亿次，比EEPROM和其他非易失落性影象体系统可靠性更高，构造更大略，功耗低等优点。

图2 铁电材料非易失落性存储器

下面简介一款基于法拉电容的UPS电路设计思路，要点如下：

l由于电容存在个体差异，电容存储电荷的速率不一样，存在过充造成电压超过耐压值的问题，电路中存在多颗法拉电容时须要做均压处理;

为担保电容能够充满电能，源端需采取恒流源充电;

为坚持电容电压稳定，并降落充电电路功耗，需增加过压检测电路;

若对电压高于法拉电容本身电压上限的电源系统供应掉电续航时，Vcc_backu端需通过BOOST升压电路后以实现，且把稳系统正常时(充电过程中)关断EN脚。

图3 基于法拉电容的UPS核心电路

系统电源正常时，充电电路即给UPS充电。
系统电源掉电时，UPS放电给系统供应备用电能，建议UPS在掉电后能持续给文件系统供电能力不低于10秒，在10秒续航期间内，系统可以将电源非常状态上报、及时保持临时主要数据、关闭文件系统，担保系统稳定性，避免文件系统在掉电情形下涌现危害，影响运用程序的正常启动。

图4 建议UPS充放电时序

此外系统掉电情形须要掉电检测电路实现。
利用一颗比较器器件即可，把稳利用Output_VCC端供电，以确保外部掉电时，比较器仍旧可以事情。
比较器负端连接一个参考电压，参考电压由稳压二极管供应。
正常供电时，比较器输出电压由升压电路的反馈端分压决定;掉电时，比较器输出低电平，此时处理器仍未掉电，收到状态信息可及时相应处理。
另一起掉电检测可供其它功能利用。

图6系统掉电检测电路

1.4工控行业领导品牌

在ARM内核核心板、开拓板、工控机等领域，M6708核心板、M/A335x核心板、M/A28x核心板、EPC系列工控主板、IoT系列无线主板/网关、DCP系列经典工控机等产品中，核心板产品针对Nand-Flash有着完善的坏块管理、工控主板添加掉电保护等方法。
例如分别在WinCE与Linux系统下加固Flash驱动、对操作系统进行双备份;软件与硬件旗子暗记测试对Flash进行10万次掉电试验等。

同时，致远电子配备专业的EMC实验室、安规实验室、环境实验室等可实际仿照恶劣运用状况试验。
结合优质供应商担保各产品分立器件均达到EMC工业三级标准，有良好的静电抗性、雷击浪涌抗性、电瞬变群脉冲抗性、以及极低的EMI传导骚扰情形;可实现-40℃~+85℃的工业级环境适应性。
为从Flash至整套目标系统的可靠性安全稳定供应切实保障。