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怎么保證MCU上電后RAM的初始值唯壹
由于工作的原因，筆者經(jīng)常接到工程師詢問MCU內(nèi)部的RAM上電之后的初始值到底是什么，有什么特性和規(guī)律。今天筆者就以設(shè)計(jì)過程中遇到的幾個(gè)問題與大家做一個(gè)交流。


首先明確一個(gè)問題，我們都知道，根據(jù)RAM的特性，MCU每次上電之后RAM里面的值是隨機(jī)的。也就是說RAM上電后的初始值可以是0xAA，也可以是0x55，也可以是其它任何的值，這個(gè)都是正常的。明確了這個(gè)基本原理之后，我們來看一下下面這個(gè)跟RAM的初始值的使用相關(guān)的一個(gè)問題。

設(shè)計(jì)出狀況

*近有工程師在開發(fā)的汽車娛樂系統(tǒng)中遇到了一種情況，就是他在使用RH850F1K的過程中，發(fā)現(xiàn)每次上電后RAM的值好像都是固定的。按照軟件設(shè)計(jì)的初衷，他想通過判斷RAM的值從而知道這次復(fù)位是掉電復(fù)位還是MCU內(nèi)部復(fù)位——比如“看門狗”復(fù)位。如果是掉電復(fù)位，則對(duì)RAM進(jìn)行初始化;如果是MCU內(nèi)部復(fù)位，則不對(duì)RAM進(jìn)行初始化，從而可以保持用戶之前的一些設(shè)置，比如頻道、界面信息等。


大致的設(shè)計(jì)思路和流程如下：


MCU復(fù)位后，軟件會(huì)判斷某個(gè)變量的值。如果不是0x55，就認(rèn)為這是上電復(fù)位，所有的RAM需要初始化，并把該變量的值寫為0x55;如果是0x55，就認(rèn)為這是“看門狗”復(fù)位，這時(shí)候則不改變一些變量的值，比如記錄里程相關(guān)的數(shù)據(jù)。


相關(guān)的C語言代碼如下：


if (variable != 0x55)
{
初始化所有變量;
variable = 0x55;
}
else
{
只改變部分變量的值;
}


在測(cè)試的過程中，測(cè)試工程師發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題：對(duì)于99%的MCU來講，上述的邏輯都是沒有問題的，但是對(duì)于個(gè)別MCU卻存在固定性的問題。


按照設(shè)計(jì)的初衷，本來我們認(rèn)為上電后RAM的值是隨機(jī)的，但是對(duì)于某些個(gè)別MCU來講，測(cè)試工程師發(fā)現(xiàn)上電后RAM的值會(huì)固定的是0x55，或者出現(xiàn)0x55的幾率非常高。

解決方法


針對(duì)這個(gè)現(xiàn)象，筆者也從單個(gè)MCU的特性方面做了解釋：首先還是回到文章*初提到的問題，根據(jù)RAM的特性，上電后RAM是任何值都是正常的，基于這個(gè)前提，我們可以說測(cè)試工程師遇到的現(xiàn)象是正常的。


那么，為什么個(gè)別MCU的RAM上電后會(huì)偏向于某個(gè)特定值呢？

半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)是非常復(fù)雜的，外觀很小的一個(gè)芯片都是芯片內(nèi)部數(shù)百萬計(jì)的各種極其小的元器件搭建而成的，而這些的原材料基本都是硅。對(duì)于每個(gè)特定的芯片而言，其特性數(shù)據(jù)都是有一些偏好的，也包括上電后RAM的初始值，所以當(dāng)我們看每個(gè)MCU的電氣特性數(shù)據(jù)的時(shí)候，這些數(shù)據(jù)基本都是一個(gè)范圍值，而不是確定的值。


另外，上面軟件本身的設(shè)計(jì)也是有缺陷的，或者說魯棒性不好。假定上電后RAM的初始值是完全隨機(jī)的，那么這樣總會(huì)碰到隨機(jī)值恰好是0x55的情況?；谶@種考慮，我建議軟件工程師重新設(shè)計(jì)了判斷的條件。比如判斷RAM若干不連續(xù)地址的值，并且使用校驗(yàn)的算法，比如比較簡(jiǎn)單的校驗(yàn)和，這樣可靠性就大大提高了。

結(jié)語


筆者在工作過程中，遇到過多個(gè)類似的問題，這個(gè)問題也具有一定的普遍性，除了前面提到的汽車娛樂系統(tǒng)，在車身、儀表，甚至工業(yè)應(yīng)用中的電表等都會(huì)涉及到，希望這篇文章能夠幫助設(shè)計(jì)工程師少走一些彎路。