原標題：嵌入式系統(tǒng)掉電保護的設計方案

嵌入式系統(tǒng)掉電保護的設計方案是確保系統(tǒng)在意外斷電情況下能維持數(shù)據(jù)完整性和系統(tǒng)狀態(tài)的關鍵技術。以下是一個基于ARM7系列芯片（如S3C4510B）和μClinux操作系統(tǒng)的嵌入式平臺上的掉電保護設計方案：

一、設計目標

系統(tǒng)防掉電設計的目的是采用一種機制，使得系統(tǒng)在意外失去供電的情況下，可以保證系統(tǒng)運行狀態(tài)的確定性以及記錄數(shù)據(jù)的完整性；當系統(tǒng)供電恢復后，現(xiàn)場數(shù)據(jù)可以及時恢復，避免應用系統(tǒng)產(chǎn)生混亂。

二、硬件設計

1. 存儲器選擇：

• Flash存儲器：非易失性存儲器，用于存儲程序代碼、常量表以及在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)。

• SDRAM：易失性存儲器，用作程序的運行空間、數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)。由于SDRAM不具有掉電保持數(shù)據(jù)的特性，因此需要在系統(tǒng)掉電前將數(shù)據(jù)寫入Flash中。

2. 電源監(jiān)控電路：

• 設計專門的電源監(jiān)控電路，用于檢測電源電壓。當電壓低于預設閾值時，產(chǎn)生掉電信號。

• 該電路可能還需要額外的硬件支持，如電池備份或超級電容器，以在斷電期間為關鍵的刷新操作提供短暫的電源。

3. 電源回路設計：

• 包含掉電保護設計的電源回路可以提供高質(zhì)量的直流穩(wěn)壓電源，并為系統(tǒng)掉電保護提供延時及預警功能。

• 在系統(tǒng)掉電時，通過大電容放電繼續(xù)為最小系統(tǒng)供電，支持掉電中斷服務程序完成數(shù)據(jù)保護操作。

三、軟件設計

1. 掉電信號的產(chǎn)生與捕捉：

• 當電源電壓下降到一定程度時，中斷控制器會發(fā)送一個中斷請求給處理器。

• 在ARM7架構中，中斷請求在外部中斷引腳有效且中斷使能位開啟時被處理。中斷服務程序簡單地設置一個全局掉電標志，以快速響應并減少執(zhí)行時間。

2. 數(shù)據(jù)處理與恢復：

• 在μClinux系統(tǒng)下，掉電信號的捕捉可以通過系統(tǒng)調(diào)用或守候進程的方式實現(xiàn)。

• 主程序根據(jù)數(shù)據(jù)操作對象的不同，將自己的流程計劃劃分成若干原子操作。每個操作對應唯一狀態(tài)標志。

• 在每個原子操作前，主進程通過管道通信的方式閱讀中斷信號。如果中斷信號產(chǎn)生，主進程首先保存狀態(tài)標志，然后將相關數(shù)據(jù)寫入Flash后退出。

• 電源恢復后，主進程首先根據(jù)標志字確定系統(tǒng)恢復方案，并從Flash中讀取數(shù)據(jù)以恢復系統(tǒng)狀態(tài)。

3. 文件系統(tǒng)的考慮：

• 由于嵌入式操作系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的讀寫通常通過文件系統(tǒng)進行，因此需要考慮到文件系統(tǒng)的特性。

• 在系統(tǒng)崩潰前，需要確保能將關鍵數(shù)據(jù)安全地遷移到持久性存儲上，以防止數(shù)據(jù)丟失。

四、綜合應用

在實際應用中，該掉電保護設計方案可以應用于各種基于ARM和μClinux構建的嵌入式系統(tǒng)中。例如，稅控收款機在實際運行過程中就采用了類似的掉電保護方案，以確保在意外斷電情況下數(shù)據(jù)的完整性和系統(tǒng)狀態(tài)的確定性。

綜上所述，嵌入式系統(tǒng)的掉電保護是一個涉及硬件和軟件協(xié)同工作的復雜過程。通過合理的硬件設計和軟件策略，可以在電源中斷時保護系統(tǒng)狀態(tài)、確保數(shù)據(jù)安全，并在電源恢復后能準確恢復運行、避免系統(tǒng)混亂。