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          提高 MSP430G 系列單片機(jī)的 Flash 擦寫壽命的方法

          作者: 時(shí)間:2012-12-04 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          摘要

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/170670.htm

          在嵌入式設(shè)計(jì)中,許多應(yīng)用設(shè)計(jì)都需要使用EEPROM 存儲(chǔ)非易失性數(shù)據(jù),由于成本原因,某些在芯片內(nèi)部并沒有集成EEPROM。 處理器是TI 推出的低成本16 位處理器,在 中并不具備EEPROM。為了存儲(chǔ)非易失性數(shù)據(jù), 處理器在芯片內(nèi)部劃分出了256 字節(jié)的 空間作為信息,可用于存儲(chǔ)非易失性數(shù)據(jù),但是由于 與EEPROM 在上存在一定差距,所以在實(shí)際應(yīng)用中,這種應(yīng)用方式并不能夠滿足所有客戶的需求。本應(yīng)用筆記介紹了使用代碼區(qū)域Flash 來模擬EEPROM,通過一定的軟件處理算法,可以大大增加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)周期的一種。本文給出了實(shí)現(xiàn)上述功能的軟件流程。

          1. 嵌入式Flash 存儲(chǔ)介質(zhì)與EEPROM 的主要特性對(duì)比

          電可擦除和編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)是在絕大多數(shù)嵌入式應(yīng)用中都會(huì)使用到的用于保存非易失性數(shù)據(jù)的關(guān)鍵器件,用于在程序運(yùn)行期間保存數(shù)據(jù)。Flash 閃存(Flash Memory,簡稱為Flash)是一種非易失性( Non-Volatile )存儲(chǔ)器,廣泛應(yīng)用于各種嵌入式處理器中,用于存儲(chǔ)程序代碼。

          由于硬件成本原因,在許多嵌入式處理器中并沒有集成EEPROM 模塊,通常我們可以采用在片內(nèi)Flash 存儲(chǔ)器中保存非易失性數(shù)據(jù)的應(yīng)用方式來達(dá)到使用要求。對(duì)一些普通的應(yīng)用場合,這種使用方式可以滿足要求。

          表一 EEPROM與Flash 對(duì)比分析

          表一 EEPROM與Flash 對(duì)比分析

          1.1 寫訪問時(shí)間

          由于EEPROM 和Flash 的工作特性不同,所以寫訪問時(shí)間也不相同。Flash 具有更短的寫訪問時(shí)間,所以更適用于對(duì)存儲(chǔ)速度有要求的場合。

          1.2 寫

          外置EEPROM和采用Flash 模擬EEPROM的最大不同之處在于寫的

          EEPROM:對(duì)EEPROM 的寫操作不需要額外的操作,只需要提供電源供給;但是一旦啟動(dòng)寫操作流程后,寫操作不能夠被打斷。所以需要外接電容器等措施來保證在芯片掉電時(shí)能夠維持供電,保證完成數(shù)據(jù)操作。

          Flash 模擬EEPROM:當(dāng)芯片上電后,寫操作可以被電源掉電和芯片復(fù)位打斷。和EEPROM 相比,需要應(yīng)用設(shè)計(jì)者增加相關(guān)的處理來應(yīng)對(duì)可能存在的異常。

          1.3 時(shí)間

          EEPROM和采用Flash 模擬EEPROM在擦除時(shí)間上存在很大的差異。

          與Flash 不同,EEPROM 在進(jìn)行寫操作之前不要擦除操作。由于Flash 需要幾個(gè)毫秒時(shí)間進(jìn)行擦除操作,所以如果在進(jìn)行擦除操作的過程中出現(xiàn)電源掉電的情況,需要軟件做相關(guān)的保護(hù)處理。為了設(shè)計(jì)一個(gè)健壯的Flash 存儲(chǔ)器的管理軟件,需要深入的了解和掌握Flash 存儲(chǔ)器的擦除過程特性。

          2. 增加Flash 模擬EEPROM 的方法

          可以根據(jù)用戶的需求采用不同的方法實(shí)現(xiàn)Flash 存儲(chǔ)器模擬EEPROM。

          2.1 虛擬地址加數(shù)據(jù)方案

          通常需要兩個(gè)頁以上的Flash 空間來模擬EEPROM。上電后,初始化代碼先查找出有效頁,同時(shí)將另外一個(gè)頁初始化為擦除狀況,以提供字節(jié)寫的能力,并用作備份和隨時(shí)準(zhǔn)備執(zhí)行寫入操作。需要存儲(chǔ)EEPROM 的變量數(shù)據(jù)首先寫入有效頁,當(dāng)有效頁寫滿后,需將所有數(shù)據(jù)的最后狀態(tài)保存到備份頁,并切換到備份頁進(jìn)行操作。每一頁的第一個(gè)字節(jié)通常用來指示該頁的狀態(tài)。

          每個(gè)頁存在3 種可能狀態(tài):

          擦除態(tài):該頁是空的。

          已寫滿數(shù)據(jù)狀態(tài):該頁已經(jīng)寫滿數(shù)據(jù),準(zhǔn)備切換到下一個(gè)頁進(jìn)行操作。

          有效頁狀態(tài):該頁包含著有效數(shù)據(jù)并且標(biāo)示狀態(tài)尚未改變,所有的有效數(shù)據(jù)全部拷貝到了已經(jīng)擦除的頁。

          下圖以采用兩個(gè)頁模擬EEPROM的方式為例,描述了頁狀態(tài)字的在頁0 和頁1 之間的切換過程。

          采用這種方式,用戶不知道數(shù)據(jù)刷新的頻率。

          下面的圖例以采用兩個(gè)頁模擬EEPROM 的應(yīng)用方式為例進(jìn)行描述。為了方便獲取模擬EEPROM數(shù)據(jù)和更新數(shù)據(jù)內(nèi)容,每個(gè)存儲(chǔ)變量元素都在Flash 里定義了一個(gè)操作單元,在該操作單元中對(duì)每個(gè)存

          儲(chǔ)變量元素都分配一個(gè)虛擬操作地址,即一個(gè)EEPROM 操作單元包含一個(gè)虛擬地址單元和一個(gè)數(shù)據(jù)單元。當(dāng)需要修改數(shù)據(jù)單元內(nèi)容時(shí),新的數(shù)據(jù)內(nèi)容和之前分配的虛擬地址一同寫入一個(gè)新的模擬EEPROM存儲(chǔ)器單元中,同時(shí)返回最新修改的數(shù)據(jù)內(nèi)容。EEPROM存儲(chǔ)單元格式描述如圖二。

          使用虛擬地址加數(shù)據(jù)的方案總結(jié)如下。

          • 為每一個(gè)目標(biāo)存儲(chǔ)變量分配一個(gè)虛擬地址,該虛擬地址需一同存入Flash 中。當(dāng)讀取存儲(chǔ)變量內(nèi)容時(shí),需根據(jù)該變量的虛擬地址搜索虛擬EEPROM并返回最后更新的內(nèi)容。

          • 在軟件處理上,需要記錄下一次寫入的物理目的地址;在每一次執(zhí)行寫入操作后,根據(jù)EEPROM存儲(chǔ)單元大小(操作粒度),將目的操作指針自動(dòng)累加。

          • 當(dāng)一個(gè)頁(Page)寫滿后,需要將所有變量的EEPROM數(shù)據(jù)拷貝到下一個(gè)頁,再執(zhí)行該頁的擦除操作。

          • 在嵌入式軟件處理上需加入合適的校驗(yàn)機(jī)制,保證寫入數(shù)據(jù)的正確性并監(jiān)Flash 是否已經(jīng)失效。

          2.2 劃分子頁方案

          在Flash 中劃分出至少2 個(gè)頁(Page)用作模擬EEPROM,根據(jù)應(yīng)用需求將需寫入EEPROM 進(jìn)行保存的變量數(shù)據(jù)劃分成一個(gè)定長的數(shù)組(子頁),例如16 個(gè)字節(jié)或者32 字節(jié),將頁劃分成若干子頁后,需對(duì)Flash 中的所有子頁按照地址順序進(jìn)行逐次編號(hào)。每個(gè)子頁的第一個(gè)字節(jié)通常用來指示該子頁的狀態(tài),子頁狀態(tài)可以為:空、已寫入或者失效。

          在芯片上電初始化時(shí),首先查找出第一個(gè)尚未寫入數(shù)據(jù)的子頁,并進(jìn)行標(biāo)識(shí),在進(jìn)行寫EEPROM操作時(shí),應(yīng)用程序需將待寫入EEPROM 子頁的所有數(shù)據(jù)按照事先約定好的順序整理好,再一次性將所有變量數(shù)據(jù)寫入空的子頁中,最后將模擬EEPROM 的操作指針指向下一個(gè)空閑的子頁,等待下一次寫入。待將一個(gè)頁的數(shù)據(jù)寫滿后,再進(jìn)行一次擦除操作。需要處理好指向子頁的指針的跳轉(zhuǎn)。


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