介紹

    在嵌入式微控制器應(yīng)用中，通常都要用到非易失性存儲(chǔ)器。無(wú)論是掉電時(shí)維持需要保存的設(shè)置，還是存儲(chǔ)公司的重要記錄，可靠的非易失性存儲(chǔ)器都是現(xiàn)代微控制器領(lǐng)域的一個(gè)基本單元。非易失性存儲(chǔ)常常采用外部串行存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)。多年以來(lái)，該領(lǐng)域用到了數(shù)十億顆類似存儲(chǔ)器件，它們的可靠性得到了的廣泛認(rèn)可。目前，存儲(chǔ)器可以做到幾百字節(jié)到1兆字節(jié)甚至更大的容量，在每一個(gè)需要保持設(shè)置的設(shè)備中，都能找到這樣一個(gè)緊湊、廉價(jià)的器件。

    包括eeprom、閃存和旋轉(zhuǎn)式存儲(chǔ)器在內(nèi)，所有類型的非易失性存儲(chǔ)器都面臨一個(gè)共同的問題：寫周期被中斷時(shí)，數(shù)據(jù)會(huì)丟失。一旦在寫周期執(zhí)行過程中掉電，那么即使再恢復(fù)電源，也很難修復(fù)損壞的數(shù)據(jù)。 本文提出了一種基于事務(wù)的提交-回退機(jī)制，用于保護(hù)一個(gè)外部串行eeprom存儲(chǔ)器件的內(nèi)容。這些措施同樣適用于大多數(shù)maxq微控制器的內(nèi)置eeprom�？梢韵螺d本應(yīng)用的代碼文件(zip，20.5kb)。

    i2c eeprom的特點(diǎn)

    串行存儲(chǔ)器件有多種接口，但最常用的接口是i2c接口。這種總線接口有很多優(yōu)點(diǎn)：高度標(biāo)準(zhǔn)化的接口；控制器和存儲(chǔ)器之間只需兩條線；而且具有靈活的時(shí)序要求，可以由軟件驅(qū)動(dòng)。一個(gè)i2c主機(jī)可以驅(qū)動(dòng)很多i2c從機(jī)，從而最大程度減少了主機(jī)的引腳數(shù)。在所有eeprom器件中，寫周期都要比讀周期長(zhǎng)的多。因?yàn)樵趯懼芷谶^程中，電荷需要借助隧道效應(yīng)并通過絕緣層進(jìn)行轉(zhuǎn)移，而這個(gè)過程很費(fèi)時(shí)間。雖然增加電壓可以加快這個(gè)過程，但是過高的電壓會(huì)導(dǎo)致絕緣層的介質(zhì)擊穿，從而損壞器件。典型的eeprom器件寫周期持續(xù)10毫秒左右；而讀周期通常需要幾百個(gè)納秒。

    為了顯著縮短寫周期的時(shí)間，許多i2c eeprom器件采用頁(yè)面模式。該模式允許將多個(gè)字節(jié)傳送到緩存中，然后將數(shù)據(jù)一次性寫入存儲(chǔ)區(qū)。i2c存儲(chǔ)器件的典型頁(yè)面尺寸為32字節(jié)。因此，可以在一個(gè)寫周期內(nèi)向eeprom填入32個(gè)字節(jié)。

    這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)榇衑eprom器件都具有特定的耐久度：即每個(gè)頁(yè)面所能承受的寫周期次數(shù)上限。典型的寫周期次數(shù)從10,000到1,000,000次。然而，即使存儲(chǔ)器件能夠承受1百萬(wàn)次寫周期，軟件也會(huì)很快將其損耗殆盡。軟件每秒僅執(zhí)行100次寫周期，那么不到3個(gè)小時(shí)就會(huì)耗盡器件的寫周期次數(shù)。

    考慮到這些基本的eeprom特性，設(shè)計(jì)者為一個(gè)嵌入式處理器設(shè)計(jì)可靠的非易失存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)，需切記以下幾點(diǎn)：

    不要在同一頁(yè)面上反復(fù)執(zhí)行寫操作。尤其是不要將某個(gè)頁(yè)面設(shè)置成寫入任何其它頁(yè)面時(shí)都要更新的“目錄”。如果在寫周期過程中電源被中斷，必須提供以下機(jī)制：(1) 檢測(cè)被中斷的寫操作；(2) 完成被中斷的操作；(3) 或者將事件回退至寫操作之前的狀態(tài)。必須通過某些數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制(校驗(yàn)和、crc或消息摘要)來(lái)保證數(shù)據(jù)的完整性。

    設(shè)計(jì)目標(biāo)

    雖然上面提到的eeprom問題可通過多種非易失文件系統(tǒng)加以解決，但這樣的文件機(jī)制對(duì)于小型嵌入式微控制器來(lái)說(shuō)負(fù)擔(dān)過重。很多文件系統(tǒng)需要更多的ram，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了小型微控制器所能提供的容量，而且對(duì)于多數(shù)應(yīng)用，也不需要一個(gè)完整的文件系統(tǒng)�？紤]到這一點(diǎn)，下面列出了eeprom數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制的設(shè)計(jì)目標(biāo)：

    精簡(jiǎn)：保護(hù)機(jī)制用于存儲(chǔ)校驗(yàn)數(shù)據(jù)的空間不應(yīng)超過eeprom的10％，它應(yīng)該只需要少量的計(jì)算開銷。

    塊大小：被保護(hù)的塊大小，應(yīng)該和eeprom的寫操作頁(yè)面大小一樣。由于eeprom器件的頁(yè)面大小通常是2的偶數(shù)次冪，因此與每個(gè)塊保留1或2個(gè)字節(jié)的做法相比，相同的尺寸大小更便于軟件編碼。

    耐久性：每個(gè)保護(hù)周期不要對(duì)同一頁(yè)面進(jìn)行寫操作。

    可靠性：每次掉電情況下，數(shù)據(jù)都應(yīng)是可恢復(fù)的。

    這里提到的保護(hù)機(jī)制有6個(gè)接口函數(shù)：讀、寫、提交、回退、檢查和清理。

    讀函數(shù)接收一個(gè)塊編號(hào)和一個(gè)指向32字節(jié)緩存的指針。如果緩存地址和塊編號(hào)處于有效范圍內(nèi)，程序就會(huì)將指定的塊數(shù)據(jù)讀入緩存