提高M(jìn)SP430G 系列單片機(jī)的Flash 擦寫壽命方法

　　2.2.1 軟件描述

　　在軟件實(shí)現(xiàn)上，為了便于軟件處理，建議定義一些關(guān)鍵宏定義和結(jié)構(gòu)體，指定 Flash 模擬

　　EEPROM 的起始、結(jié)束地址、頁的大小、子頁的大小、每個(gè)頁的子頁數(shù)目等參數(shù)，同時(shí)將需要操作的參數(shù)封裝起來，便于軟件操作和管理，不建議定義許多離散的標(biāo)志變量。

　　在軟件操作上，Flash 模擬EEPROM 模塊需要提供幾個(gè)API 接口給應(yīng)用程序調(diào)用。

　　通過typedef 關(guān)鍵字定義設(shè)備類型，typedef unsigned char u8;

　　ChkFstPowerOnInfo()用于檢測芯片是否為第一次上電并初始化 EEPROM 參數(shù)到內(nèi)存，原型如下。

　　Void ChkFstPowerOnInfo(void);

　　FlashWrite()用于寫 Flash，傳遞的形參包括指向待寫入數(shù)據(jù)的指針，待寫入數(shù)據(jù)在子頁中的起始字節(jié)編號，寫入數(shù)據(jù)的長度，原型如下。

　　void FlashWrite( u8 *array, u8 startNum, u8 length );

　　FlashErase()用于擦除 Flash，傳遞的形參是子頁的編號，在擦除函數(shù)中需要根據(jù)子頁的編號判斷是否需要執(zhí)行頁的擦除操作，原型如下。

　　void FlashErase(u8 seg_sn);

　　2.2.2 軟件流程圖

　　軟件啟動(dòng)后，初始化模擬EEPROM 流程圖描述如下。

　　圖四 初始化流程圖

　　調(diào)用 API，向模擬 EEPROM 寫入數(shù)據(jù)的軟件流程如圖五所示。在軟件處理中，要特別注意目標(biāo)指針的切換和保證寫入數(shù)據(jù)的正確性，在代碼空間允許的情況下，可以增加一些校驗(yàn)算法來保證。

　　圖五 寫入模擬EEPROM 數(shù)據(jù)流程

　　采用劃分子頁的方案總結(jié)如下。

　　每次寫入模擬EEPROM 的數(shù)據(jù)長度為定長，即為子頁的長度。

　　軟件需要定義一個(gè)存儲(chǔ)變量結(jié)構(gòu)體，用于刷新和同步模擬EEPROM 內(nèi)容。在將數(shù)據(jù)寫入模擬EEPROM 之前，程序員需要按照約定的數(shù)據(jù)格式，在內(nèi)存中將所有的目標(biāo)存儲(chǔ)變量進(jìn)行整理。

　　在軟件處理上，需要計(jì)算當(dāng)前寫入和下一次寫入的物理地址;在每一次執(zhí)行寫入操作后，根據(jù)子頁長度大小，將指向子頁的目的操作指針自動(dòng)累加。

　　待一個(gè)頁(Page)寫滿后，需要將最后更新的模擬EEPROM 數(shù)據(jù)拷貝到下一個(gè)頁，再對寫滿頁執(zhí)行一次擦除操作。

　　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)測用于模擬EEPROM功能的Flash 子頁是否已經(jīng)失效。

　　2.3 兩種方案的對比分析

　　兩種方案的對比分析見表二。

　　表二 兩種方案的對比分析

　　3.實(shí)際的嵌入式應(yīng)用

　　根據(jù)軟件需要，建議采用字節(jié)(8bit)做為操作的最小粒度，適用性會(huì)更廣泛。

　　3.1 Flash 存儲(chǔ)器擦寫壽命的提升

　　對于MSP430G 系列的Flash 存儲(chǔ)器，可以保證至少10000 次的編程和擦除壽命。如圖六所示。

　　圖六 MSP430G 系列單片機(jī)Flash 編程和擦除壽命

　　采用劃分小頁結(jié)合至少分配2 個(gè)大頁的操作方式，則可以大大增加Flash 模擬EEPROM 的擦寫壽命。例如，對于MSP430G 系列單片機(jī)，如果將每個(gè)小頁的尺寸劃分為16 字節(jié)，采用2 個(gè)大頁(每頁512 字節(jié))作為模擬 EEPROM 使用，則可以提供 64 個(gè)操作子頁((512/16)x2=64)，可以保證至少640000 次的擦寫壽命。

　　3.2 掉電時(shí)的異常處理

　　如果正在進(jìn)行Flash 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)發(fā)生掉電，數(shù)據(jù)可能會(huì)保存不成功，存在異常。為了增強(qiáng)健壯性，在軟件處理上，需要考慮設(shè)備異常掉電等可能會(huì)導(dǎo)致Flash 擦寫失敗的情況。

　　在軟件處理中，當(dāng)成功保存Flash 數(shù)據(jù)后，再寫入該子頁的狀態(tài)標(biāo)志。單片機(jī)上電后，用戶程序?qū)⒉檎易詈笠淮螌懭氲淖禹?，再將該子頁的?shù)據(jù)內(nèi)容并恢復(fù)到內(nèi)存中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。

　　4. 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)

　　4.1 時(shí)鐘源的選擇

　　由于驅(qū)動(dòng)Flash 的時(shí)鐘源(ACLK、MCLK、SMCLK)和時(shí)鐘頻率可以設(shè)定，為了保證在將數(shù)據(jù)寫入模擬EEPROM 時(shí)的可靠性，建議在將Flash 的時(shí)鐘頻率降低后，再對其進(jìn)行操作。例如將Flash 的時(shí)鐘頻率降低到1MHz 后，進(jìn)行寫入操作。需要注意，在降低了時(shí)鐘頻率后，若此時(shí)鐘源也是定時(shí)器(Timer)的時(shí)鐘源，則可能會(huì)影響到定時(shí)器的定時(shí)準(zhǔn)確性，需要軟件上做好處理。

　　4.2 代碼在RAM 中運(yùn)行

　　由于向Flash 寫入數(shù)據(jù)操作是通過執(zhí)行Flash 中程序代碼，對Flash 進(jìn)行擦除和編程操作。由于對Flash 的編程需要mcu 內(nèi)部執(zhí)行一個(gè)升壓操作，所以如果有足夠的內(nèi)存空間，建議將編程、擦除等關(guān)鍵代碼拷貝到RAM 中運(yùn)行，可以使用關(guān)鍵字__ramfunc 指定，如下圖七所示。

　　圖七 使用關(guān)鍵字__ramfunc 將程序指定到Ram 中運(yùn)行

　　5.總結(jié)

　　本文從軟件方面，以及安全性方面探討了使用MSP430G 系列單片機(jī)在使用Flash 模擬EEPROM方面的應(yīng)用，提供了兩種不同的方式供選擇。兩種方式都可以大幅度提高模擬EEPROM 的編寫、擦除壽命，并且滿足高可靠性的應(yīng)用設(shè)計(jì)，用戶可以結(jié)合具體的應(yīng)用進(jìn)行選擇。