ADuCM3027/ADuCM3029 Flash EEPROM仿真

　　簡(jiǎn)介

　　非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是許多嵌入式系統(tǒng)的必備元件。諸如自舉配置、校準(zhǔn)常數(shù)和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)信息之類的數(shù)據(jù)，一般存儲(chǔ)在電子可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)上。采用EEPROM存儲(chǔ)這種數(shù)據(jù)的好處是可以重寫或更新EEPROM器件上的單個(gè)字節(jié)，而不會(huì)影響其他位置中的內(nèi)容。

　　ADuCM3027/ADuCM3029是集成閃存的超低功耗微控制器單元(MCU)。若在集成閃存上仿真EEPROM，則設(shè)計(jì)中可省去EEPROM，從而降低BOM成本。同時(shí)，軟件復(fù)雜性也會(huì)降低。

　　背景

　　閃存通常由頁(yè)陣列組成。ADuCM3027中的一頁(yè)為2 kB。寫入數(shù)據(jù)之前必須擦除頁(yè)面內(nèi)容。擦除操作適用于整個(gè)頁(yè)面，而讀或?qū)懖僮骺舍槍?duì)單一可尋址位置(字節(jié)或字)執(zhí)行。

　　對(duì)單一可尋址位置執(zhí)行讀或?qū)懖僮饔腥缦绿魬?zhàn)：

　　● 字節(jié)寬數(shù)據(jù)的讀和寫操作。

　　● 應(yīng)能擦除或更新任意位置的數(shù)據(jù)，同時(shí)其他位置的數(shù)據(jù)保持不變，因?yàn)殚W存擦除是對(duì)整頁(yè)進(jìn)行的。

　　本應(yīng)用筆記說(shuō)明利用ADuCM3027/ADuCM3029器件和內(nèi)置閃存仿真EEPROM的軟件，如圖1所示。

　　Figure 1. ADuCM3027/ADuCM3029 Internal Flash and EEPROM System Overview

　　圖1.ADuCM3027/ADuCM3029內(nèi)置閃存和EEPROM系統(tǒng)概覽

　　圖2.ADuCM3027/ADuCM3029 Flash EEPROM仿真軟件結(jié)構(gòu)

　　工作原理

　　EEPROM仿真需要閃存的一個(gè)專用部分。多數(shù)EEPROM可以在一個(gè)寫命令中更新一個(gè)字節(jié)。然而，只要在兩次寫操作之間執(zhí)行擦除序列，閃存器件便能寫入多個(gè)字節(jié)并相應(yīng)地更新數(shù)據(jù)。為了在閃存中仿真可讀寫字節(jié)的EEPROM，必須執(zhí)行讀取、更改、寫入序列，這與EEPROM操作相似。

　　本部分介紹的程序使用兩個(gè)閃存頁(yè)面(可擴(kuò)展到兩個(gè)以上的頁(yè)面)，然后將其劃分為多個(gè)扇區(qū)并用標(biāo)簽加以識(shí)別。這種扇區(qū)標(biāo)簽提供關(guān)于當(dāng)前正在處理的扇區(qū)的信息，以及寫入該扇區(qū)的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。注意，每個(gè)扇區(qū)的最后一個(gè)位置保留用于扇區(qū)標(biāo)簽，其大小與閃存數(shù)據(jù)總線的大小相同。扇區(qū)大小和一個(gè)閃存頁(yè)面中的扇區(qū)數(shù)取決于仿真的EEPROM大小。

　　EEPROM

　　EEPROM寫入和讀取函數(shù)涉及到應(yīng)用程序代碼輸入的處理，如EEPROM數(shù)據(jù)和地址信息等。EEPROM應(yīng)用程序編程接口(API)負(fù)責(zé)根據(jù)閃存接口的要求處理和提供數(shù)據(jù)與地址信息。

　　寫入EEPROM

　　圖3顯示了EEPROM寫操作流程圖。EEPROM寫操作的步驟如下：

　　1. 利用find_current_sector()函數(shù)調(diào)用找到當(dāng)前扇區(qū)。此搜索基于扇區(qū)標(biāo)簽和對(duì)應(yīng)的扇區(qū)標(biāo)簽值;返回值為當(dāng)前扇區(qū)起始地址(其為閃存中的一個(gè)物理位置)。

　　2. 借助當(dāng)前扇區(qū)起始地址將EEPROM地址轉(zhuǎn)換為閃存地址。由于ADuCM3027/ADuCM3029閃存具有64位寬數(shù)據(jù)總線，仿真EEPROM具有8位數(shù)據(jù)總線，所以軟件利用EEPROM地址確定所需的移位次數(shù)。

　　3. 在所獲得的閃存地址處讀取數(shù)據(jù);如果此數(shù)據(jù)等于0xFF，則屏蔽這些位以創(chuàng)建最低有效位(LSB)和最高有效位(MSB) 32位數(shù)據(jù)包，并對(duì)EEPROM數(shù)據(jù)執(zhí)行左移位操作以形成待寫入閃存的64位寬數(shù)據(jù)集。

　　4. 調(diào)用write_flash()函數(shù)，對(duì)閃存控制器執(zhí)行寫命令。此函數(shù)的輸入?yún)?shù)為閃存地址及LSB和MSB數(shù)據(jù)包。

　　5. 對(duì)閃存成功執(zhí)行寫操作之后，調(diào)用update_tag()函數(shù)以更新當(dāng)前扇區(qū)的扇區(qū)標(biāo)簽。

　　如果所獲得的閃存地址中已存在數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)讀取函數(shù)不返回0xFF。這種情況下，通過(guò)調(diào)用move2nextsector()函數(shù)將所獲得閃存地址之前或之后的數(shù)據(jù)移入下一或相鄰扇區(qū)。將已轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)SB和MSB數(shù)據(jù)包的EEPROM數(shù)據(jù)寫入下一扇區(qū)上的新閃存地址。這樣，每次對(duì)EEPROM的一個(gè)已寫位置執(zhí)行寫操作時(shí)，該數(shù)據(jù)就被移動(dòng)到下一扇區(qū)，其位置中包含修改后的數(shù)據(jù)。

　　如果新扇區(qū)位于下一頁(yè)，則調(diào)用erase_flash(page_number)函數(shù)執(zhí)行閃存頁(yè)面擦除命令，在數(shù)據(jù)移動(dòng)之后擦除前一頁(yè)。所有地址寄存器均通過(guò)move2nextpage()函數(shù)更新。

　　關(guān)于write_eeprom(uint16_t addr_eeprom, uint8_t data_eeprom)函數(shù)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱表1。

　　讀取EEPROM

　　圖4顯示了EEPROM讀操作流程圖。EEPROM讀操作的步驟如下：

　　1. 調(diào)用read_eerprom(addr)函數(shù)以讀取地址位置處存儲(chǔ)的EEPROM值。

　　2. 在應(yīng)用程序代碼發(fā)出的EEPROM讀請(qǐng)求中，軟件首先確定當(dāng)前扇區(qū)，其中包含最新數(shù)據(jù)。利用EEPROM地址和當(dāng)前扇區(qū)起始地址獲得閃存地址。

　　3. 利用所獲得的閃存地址調(diào)用read_flash()函數(shù)以執(zhí)行讀命令。

　　4. 處理從閃存地址接收到的64位寬數(shù)據(jù);然后屏蔽、右移此地址的各位，并將其提供給應(yīng)用程序代碼。

　　關(guān)于read_eeprom(uint16_t addr_eeprom)函數(shù)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱表2。

　　圖3.EEPROM寫操作

　　圖4.EEPROM讀操作

　　擦除EEPROM

　　圖5顯示了EEPROM擦除操作流程圖。EEPROM擦除操作的步驟如下：

　　1. 調(diào)用erase_eeprom()函數(shù)以擦除閃存中分配的整個(gè)EEPROM空間。

　　圖5.EEPROM擦除操作

　　閃存中專門用于EEPROM仿真的所有頁(yè)面均被擦除。因此，在應(yīng)用程序代碼中使用此操作時(shí)務(wù)必小心。

　　關(guān)于erase_eeprom()函數(shù)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱表3。

　　閃存

　　ADuCM3027/ADuCM3029處理器包含128 kB和256 kB嵌入式閃存，可通過(guò)閃存控制器加以訪問(wèn)。嵌入式閃存具有72位寬數(shù)據(jù)總線，每次訪問(wèn)提供兩個(gè)32位字的數(shù)據(jù)和一個(gè)對(duì)應(yīng)的8位糾錯(cuò)碼(ECC)字節(jié)。閃存組織成頁(yè)面形式，每頁(yè)2 kB，另有256字節(jié)保留用于ECC。

　　閃存寫入

　　擦除閃存時(shí)，各位置1;寫入數(shù)據(jù)(編程)時(shí)，選擇性地將相關(guān)位清0。沒(méi)有寫操作能將任何位從0置1。因此，一般寫訪問(wèn)必須前置一個(gè)擦除操作。

　　鎖眼寫操作是一種間接寫操作，其中用戶代碼將目標(biāo)地址和數(shù)據(jù)值寫入存儲(chǔ)器映射寄存器，然后命令閃存控制器在后臺(tái)執(zhí)行寫操作。閃存控制器僅支持通過(guò)鎖眼寫操作對(duì)閃存進(jìn)行寫訪問(wèn)。對(duì)寫訪問(wèn)的這種約束使得閃存控制器能夠保證寫操作作為原子式雙字(64位)操作正確執(zhí)行。

　　利用EEPROM數(shù)據(jù)創(chuàng)建的LSB和MSB數(shù)據(jù)包提供給鎖眼數(shù)據(jù)寄存器。寫命令置位后，閃存控制器啟動(dòng)對(duì)給定閃存地址的64位雙字寫操作。

　　注意：不支持字(32位)、半字(16位)和字節(jié)(8位)寫操作。

　　關(guān)于write_flash(uint32_t addr, uint32_t lower_data, uint32_t upper_data)函數(shù)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱表4。

　　閃存讀取

　　只有經(jīng)過(guò)原子式初始化過(guò)程之后，才能讀取閃存。讀取閃存的結(jié)果是返回64位雙字。

　　閃存地址信息提供給閃存控制器，后者返回讀取的數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)由EEPROM接口進(jìn)一步處理以實(shí)現(xiàn)EEPROM值。

　　關(guān)于read_flash(uint32_t addr)函數(shù)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱表6。

　　閃存擦除

　　若在寫入EEPROM期間有頁(yè)面變更，則調(diào)用erase_flash(page)函數(shù)以對(duì)前一頁(yè)執(zhí)行頁(yè)面擦除命令。擦除頁(yè)面之前會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)移動(dòng)，如上文所述。

　　關(guān)于erase_flash(uint8_t PAGE)函數(shù)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱表5。

　　限制

　　在實(shí)際EEPROM中，若更新一個(gè)位置，只會(huì)計(jì)數(shù)一個(gè)擦除周期，然后對(duì)該特定地址執(zhí)行寫操作，而其他位置保持不變。

　　在這個(gè)仿真EEPROM中，更新一個(gè)位置會(huì)引起數(shù)據(jù)從當(dāng)前扇區(qū)移動(dòng)到下一扇區(qū)，這會(huì)消耗數(shù)目為EEPROM大小的寫周期。因此，每次更新一個(gè)位置時(shí)，數(shù)據(jù)便移動(dòng)到下一扇區(qū);如果該扇區(qū)位于下一頁(yè)，則會(huì)發(fā)生頁(yè)面擦除操作。這種行為會(huì)減少閃存的有效使用期限。

　　為了克服這些限制，

　　● 選擇用于仿真的EEPROM大小時(shí)應(yīng)小心。小EEPROM可減少數(shù)據(jù)移動(dòng)期間的寫周期數(shù)，間接增加閃存的使用期限。

　　● 避免不必要的EEPROM寫操作。這樣可以增加閃存的有效使用期限。例如，系統(tǒng)僅在電源故障序列期間才需要執(zhí)行寫操作。正常工作期間可利用RAM緩沖器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。注意，軟件可處理一些對(duì)仿真EEPROM的不必要的寫操作。例如，若要寫入的數(shù)據(jù)為0xFF，且該特定位置的當(dāng)前數(shù)據(jù)為0xFF，則不對(duì)閃存執(zhí)行寫操作。

　　結(jié)語(yǔ)

　　本應(yīng)用筆記旨在利用ADuCM3027/ADuCM3029比對(duì)EEPROM和閃存的差異。仿真EEPROM與實(shí)際EEPROM相似，并且消除了與硅面積、輸入/輸出總線資源、制造成本等相關(guān)的問(wèn)題。

　　本應(yīng)用筆記為用戶提供了一個(gè)較大仿真EEPROM(64字節(jié)至1024字節(jié))。仿真EEPROM的大小與閃存使用期限是一對(duì)矛盾，建議用戶選擇適當(dāng)?shù)拇笮∫栽鰪?qiáng)硬件效率。除了這種方法之外，軟件也能處理一些對(duì)ADuCM3027/ADuCM3029閃存的不必要的寫操作，從而有效增加使用期限。