基于wince系统工控机掉电保护功能设计

本帖最后由 eehome 于 2013-1-5 09:46 编辑

1． 哪些情况需要用到掉电保护功能
在大多数工控应用中，由于各种复杂的环境因素，使工控设备不可避免的会面临供电突然断掉的情况。为了可以保证系统运行状态确定性以及记录数据完整性，当系统供电恢复后，现场数据可以及时恢复，避免应用系统产生混乱。为了保证保存数据的实时性，现场数据的存储频率还会非常高，因此还要求数据保存的速度应足够快，从而不影响应用程序的正常运行。
对目前的非易失性存储器，NandFlash、NorFlash、EEPROM，有一定的擦写寿命限制，而且写入速度也不高，不利于现场数据实时保存。但是成本较低。
对于一些成本较高的非易失性存储器，例如铁电存储器，不利于降低产品的成本；而且容量也不大。
对目前的易失性存储器如DDR，数据写入和读取速度都非常的高，不过掉电后，数据将会全部掉失。如果使用一个后备电池的话，使得DDR一直通电，数据就不会掉失。但是电池有充电和放电时间，使用寿命的限制。也不利于产品的维护和降低成本。
因此本文提出一种“NandFlash + DDR + 法拉电容（又叫超级电容）”的低成本，高可靠性的解决方案。NandFlash（SLC）具有擦除次数高，达10万次，数据存储时间长，成本低等特点，被大多数嵌入式工控机所使用。
2． 实现的原理
如果能预知掉电的发生，并能够利用超级电容继续为最小系统供电2秒钟。侧可以在有外电时把实时性比较高的数据保存在内存DDR里。获得掉电发生时，在超级电容供电的2秒钟里，把内存的一些重要的数据和现场运行状态数据打包成文件保存到NandFlash存储器。以保证工控设备在供电回复后能继续正常运行。基于这个原理广州市微嵌计算机科技有限公司生产的8寸WINCE工业平板电脑（WLT_TFT8060_080）已经实现了这个掉电保护功能。只需要在购买时选配这个掉电保护模块就可以了。




上图中的+5V为外部供电电源，+3.3V给CPU、NandFlash和DDRII 供电，C3为超级电容（法拉电容）。外部供电后，D3导通前，通过R1，R2充电；D3导通后，通过R1、D3快速通电；电容电压上升到4.7V左右后，通过R1、R2缓慢充电。+5V系统掉电时， U1是一个复位芯片，电压低于4.2V后，RST脚立刻产生一个低电平通知CPU，同时 C3通过D2放电，维持核心系统工作至少2S。CPU可以有2S以上的时间充分保存现场的数据。
4． 软件的编程
本公司提供一个动态库“PwLostSave.dll”，用户只需要在应用程序中使用该库的两个函数即可。
“PwLostSave.dll”的函数定义在“PwLostSave.h”头文件中。提供了两个函数：
BOOL InitPowLostSave(void (*lpfnNotify)(void), DWORD dwpriority)；
功能说明：注册和初始化掉电通知功能，该函数只能执行一次。
BOOL  CheckPowerOn(DWORD dwChkTimes);
功能说明：用于检测外部电源是否重新供电。一般用于 用户编写的函数lpfnNotify（回调函数）中。
5． 软件说明
一般掉电保护是强实时性的任务，可以通过触发中断的方式来获得Windows CE操作系统的服务。





6． 总结
使用广州市微嵌计算机科技有限公司生产的8寸WINCE工业平板电脑（WLT_TFT8060_080），测试结果如下。在上电2分钟后，电容充电，掉电后可以保存到Nandflash的数据大小约为800Kb；上电10分钟后，电容充分充电，可以保存到Nandflash的数据大小约为3Mb。当然，如果用户在回调函数“lpfnNotify”中处理过多的内容，则影响保存数据量。
对于实时采集数据的用户来说，应先将数据保存到DDR中，当达到一定大小，例如1M，立刻将数据写入到NandFlash。系统掉电时候，将剩余的数据在“lpfnNotify”中保存到NandFlash即可。