提高M(jìn)SP430G單片機(jī)的Flash擦寫(xiě)壽命的方法

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，某些單片機(jī)在芯片內(nèi)部并沒(méi)有集成EEPROM。MSP430G 系列處理器是TI 推出的低成本16 位處理器，在MSP430G 系列單片機(jī)中并不具備EEPROM。為了存儲(chǔ)非易失性數(shù)據(jù)，MSP430G 系列處理器在芯片內(nèi)部劃分出了256 字節(jié)的Flash 空間作為信息Flash，可用于存儲(chǔ)非易失性數(shù)據(jù)，但是由于Flash 與EEPROM 在擦寫(xiě)壽命上存在一定差距，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(lái)模擬EEPROM，通過(guò)一定的軟件處理算法，可以大大增加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)周期的一種方法。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(jiǎn)稱(chēng)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(méi)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(lái)達(dá)到使用要求。對(duì)一些普通的應(yīng)用場(chǎng)合，這種使用方式可以滿足要求。

表一 EEPROM與Flash 對(duì)比分析

1.1 寫(xiě)訪問(wèn)時(shí)間

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

1.2 寫(xiě)方法

外置EEPROM和采用Flash 模擬EEPROM的最大不同之處在于寫(xiě)的方法。

EEPROM：對(duì)EEPROM 的寫(xiě)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(xiě)操作流程后，寫(xiě)操作不能夠被打斷。所以需要外接電容器等措施來(lái)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(xiě)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(lái)應(yīng)對(duì)可能存在的異常。

1.3 擦寫(xiě)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(xiě)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(guò)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(guò)程特性。

2. 增加Flash 模擬EEPROM 擦寫(xiě)壽命的方法

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

每個(gè)頁(yè)存在3 種可能狀態(tài)：

擦除態(tài)：該頁(yè)是空的。

已寫(xiě)滿數(shù)據(jù)狀態(tài)：該頁(yè)已經(jīng)寫(xiě)滿數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備切換到下一個(gè)頁(yè)進(jìn)行操作。

有效頁(yè)狀態(tài)：該頁(yè)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(yè)。