原创 RA系列MCU自检代码使用介绍

 2025-2-17 10:24  95 0 分类: MCU/ 嵌入式

IEC 61508（电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全）是一种通用功能安全标准，适用于所有使用可编程设备控制那些需要或可能需要考虑安全的系统。它规定了确保系统在设计、实施、运行和维护时达到所需的安全完整性等级（SIL）所需的要求。如今，大多数与安全相关的系统都采用了高度集成的微控制器（MCU）。是否满足IEC61508要求，其条件之一就是具备自诊断验证MCU是否正确运行。

本文以RA6 MCU为例，介绍如何使用自诊断软件对MCU进行自检。

1 使用的环境

2 自检软件介绍

瑞萨提供了针对RA系列MCU的诊断软件，涵盖了对MCU的CPU core，ROM，RAM的永久性故障诊断，CPU的斩断覆盖率达90%，RAM的诊断覆盖率达90%，ROM的诊断覆盖率达99%，满足SIL3的认证要求。本文档使用的自检软件包RTK0EF0090F60001SJ_Ver.1.01适用于cortex M4架构的RA6系列MCU。

2.1 CPU诊断软件

CPU诊断软件通过采用主要基于指令的诊断方法来验证 CPU的正确功能，从而检测CPU内核的永久性硬件故障。针对处理器内核，有20项的测试内容。

2.2 CPU诊断软件API

void coreTest（uint8_t steps， const uint8_t forceFail， uint32_t *result），通过设置参数forceFail，可以实现故障注入从而返回错误。

2.3 RAM诊断软件

RAM诊断软件是检测MCU RAM内存，将要检测的内存大小MUTSize分成numberOfBUT块，那么每块内存大小就是MUTSize/numberOfBUT.调用RAM诊断API对每块内存进行检测，返回两个结果resultTestRam1和resultTestRam2，如果都为1，则表示检测通过，否则检测失败。

2.4 RAM诊断软件API

void testRAM（unsigned int index， unsigned int selectAlgorithm， unsigned int destructive），参数 selectAlgorithm是设置RAM自检算法，支持Extended March C-和WALPAT两种算法，参数destructive是设置RAM自检模式，0表示非破坏性模式，需要使用新buffer保存被检RAM区的数据做备份，1表示po破坏性检测，该模式会模式会清楚RAM区数据初始化为0。

2.5 ROM诊断软件

RAM诊断软件是检测MCU ROM，通过选定ROM起始地址和终止地址来确认检测的内存块范围，调用ROM诊断软件API对ROM内存块进行相应CRC计算，返回值与参考checksum（由IAR链接器预先计算产生）进行比较，如果不一致，则表示有错误。

2.5 ROM诊断软件

2.6 ROM诊断软件API

void crcHwSetup(unsigned int crc)

uint16_t crcComputation(unsigned int checksumBegin，unsigned int checksumEnd，unsigned int incrMode)

以上是诊断软件的介绍，详细的细节可以查阅诊断软件的用户手册。

3 RA6开发板测试

3.1 使用RASC创建基于IAR的FSP工程，点击Generate Project Content生成代码。

3.2 打开新创建的IAR工程，从RTK0EF0090F60001SJ_Ver.1.01代码包中，拷贝自检代码添加到工程中src目录下。

3.3工程设置

C/C++ Compiler->Preprocessor添加对应文件路径

Assembler->Preprocessor添加对应文件路径

3.4 应用功能实现

编辑hal_entry.c文件，实现对CPU，RAM，ROM每隔0.5秒的循环检测，同时EK-RA6M4按下S1按钮，故障输入，从而实现CPU错误检测，红色led灯闪烁，参考ek_ra6m4_selftest样例程序。

1.主函数入口代码：
void hal_entry(void)
{
    /* TODO: add your own code here */
  uint32_t ver;
  uint8_t cnt = 0;
  ver = R_CPU_Diag_GetVersion();
//  printf("CPU diag software version = %d.%02d\n",ver >>16u,ver & 0xFFFF);
  ver = R_RAM_Diag_GetVersion();
//  printf("RAM diag software version = %d.%02d\n",ver >>16u,ver & 0xFFFF);
  ver = R_ROM_Diag_GetVersion();
//  printf("ROM diag software version = %d.%02d\n",ver >>16u,ver & 0xFFFF);
/* Setup Registers */
  setup_diag();
  /* Holds level to set for pins */
  bsp_io_level_t pin_level = BSP_IO_LEVEL_LOW;
  while(1)
  {
    int32_t result = 0;
    cnt = cnt % 3;
    /* Blue LED blinks */
    led_change(0, pin_level);  
    /*  Diagnostic */
    switch (cnt)
    {
            case 0:
                            result = cpu_test_sample();
                            break;
            case 1:
                            result = ram_test_sample();
                            break;
            case 2:
                            result = rom_test_sample();
                            break;
    }
    
    cnt++;
    
    if (0 == result){
            /* Red LED lights off */
            led_change(2, BSP_IO_LEVEL_LOW);
    }else{
            /* Red LED lights up */
            led_change(2, BSP_IO_LEVEL_HIGH);
    }
    
        /* Toggle level for next write */
    if (BSP_IO_LEVEL_LOW == pin_level)
    {
        pin_level = BSP_IO_LEVEL_HIGH;
    }
    else
    {
        pin_level = BSP_IO_LEVEL_LOW;
          }
    
        /* Delay  (500ms) */
    R_BSP_SoftwareDelay(500, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);
    
  }
 
#if BSP_TZ_SECURE_BUILD
    /* Enter non-secure code */
    R_BSP_NonSecureEnter();
#endif
}

2. cpu_test_sample()函数实现了CPU TEST代码：
 /***********************************************************************************************************************
* CPU TEST
**********************************************************************************************************************/
int32_t cpu_test_sample(void)
{
    uint32_t forceFail = 1;    /* Force fail:Disable */
    int32_t result;
    uint32_t index;
 
/* Check SW 'S1' */
if (R_PFS->PORT[0].PIN[5].PmnPFS_b.PIDR == 0)
{
forceFail = 0;
asm("NOP");
}
else{
asm("NOP");
}
 
    for (index = 0; index <= CPU_DIAG_MAX_INDEX; index++)
    {
        result = 0;
        R_CPU_Diag(index, forceFail, &result);
 
        if (result != 1) {
            return -1;
        }
    }
return 0;
}

3. ram_test_sample()函数实现了RAM TEST代码：
/***********************************************************************************************************************
* RAM TEST
**********************************************************************************************************************/
#include "r_ram_diag.h"
 
int32_t ram_test_sample(void)
{
    uint32_t area = 0;
    uint32_t index;
    uint32_t algorithm = RAM_ALG_MARCHC;
    uint32_t destructive;
 
    for (index = 0; index < numberOfBUT0; index++) {
        if (index == 0) {      /* Buffer block */
            destructive = RAM_MEM_DT;
        } else {
            destructive = RAM_MEM_NDT;
        }
 
        /* Call API */
        R_RAM_Diag(area, index, algorithm, destructive);
 
        /* Check API result */
        if ( (RramResult1 != 1) || (RramResult2 != 1) ) {
            return -1;
        }
    }
return 0;
}

4.rom_test_sample()函数实现了ROM TEST代码：
/***********************************************************************************************************************
* ROM TEST
**********************************************************************************************************************/
 
#define NUM_OB_ROM_BLOCK        (2)
#define CHECKSUM_BLOCK_ADDRESS  (0x00003000)
 
/* Area where the expected CRC checksum values of each ROM block are aggregated. */
__root const uint16_t expChecksum[NUM_OB_ROM_BLOCK] @ CHECKSUM_BLOCK_ADDRESS;
 
int32_t rom_test_sample(void)
{
    uint32_t start;
    uint32_t end;
    uint32_t mode;
    uint16_t calChecksum;
 
    /* ROM Test: Block0 (4KB) */
    start = 0x00001000;
    end = 0x00001FFF;
    mode = 0;
    calChecksum = R_ROM_Diag(start, end, mode);
    if (calChecksum != expChecksum[0]) {
    return -1;
    }
 
    /* ROM Test: Block1 (4KB, 4time-wise split) */
    /* Block1, Group1 (1KB) */
    start = 0x00002000;
    end = 0x000023FF;
    mode = 0;
    calChecksum = R_ROM_Diag(start, end, mode);
 
    /* Block1, Group2 (1KB) */
    start = 0x00002400;
    end = 0x000027FF;
    mode = 1;
    calChecksum = R_ROM_Diag(start, end, mode);
 
    /* Block1, Group3 (1KB) */
    start = 0x00002800;
    end = 0x00002BFF;
    calChecksum = R_ROM_Diag(start, end, mode);
 
    /* Block1, Group4 (1KB) */
    start = 0x00002C00;
    end = 0x00002FFF;
    calChecksum = R_ROM_Diag(start, end, mode);
    if (calChecksum != expChecksum[1]) {
return -1;
    }
return 0;
}