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其实论坛上讨论 AVR 内部 EEPROM 可靠性,以及如何合理使用内部 EEPROM 的帖子已经很多了,写这个帖子之前,还特意搜索了一下,
EEPROM相关的主题贴一共有6页之多,酷贴达5个之多,没有看完,只选择性的看了一些,然后主要把注意力放在了两个与可靠性相关的,“穿
着裤子”的贴上,又仔细的读了一遍,在这些的基础上,我做一个总结吧,希望能终结 内部 EEPROM 可靠性问题的讨论。当然该贴只是针对其
可靠性问题,掉电存 EEPROM 的问题,以及存 EEPROM 速度的问题,不在该文的讨论范围之列。
针对 AVR EEPROM 的可靠性问题,以前使用 Mega88 做过专门的测试,测试数据结果直接发_论坛上了,没有做文档,这个测试结果好像找
不到了,应该是回复在下面这两个帖子其中之一的后面,网站被黑,可能回复没有恢复全。这两个帖子也是我主要参考得两个帖子。
讨论:eeprom的可靠性研究 myppfish
原创]治标治本,彻底解决AVR单片机EEPROM数据丢失问题 my_avr
测试的结论是 AVR 内部 EEPROM 是可靠的,如果有问题,也是所有 EEPROM 的通病。当然由于测试手段有限,该结论可能存在片面性,如
果哪位愿意继续深入测试,并且否定了这个结论,还请不吝赐教,谢谢。AVR 内部 EEPROM 可靠归可靠,但是如果使用不当,确也很容易出错
,所以搞得少数人以为 AVR 内部 EEPROM 不稳定。
首先,总结一下引起 AVR 内部 EEPROM 数据丢失的原因:
1. 程序问题;
2. 程序跑飞;
3. EEPROM相关寄存器因强磁场、高压静电等外部干扰出错所产生的写入动作;
4. 系统有很大的感性负载,在断电的时候会产生一个反向高压,EEPROM有可能会自擦除。
……(还有什么原因,欢迎大家继续列举,以便完善及想办法解决)
针对问题1,程序问题不再该文讨论范围内。
针对问题2,程序跑飞,这个因该是引起 EEPROM 数据丢失的主要原因。但是引起程序跑飞的原因却是多方面的。
第一. 电压不正常,工作不稳定,程序跑飞。针对这个问题,可以开启内部BOD、或者外加复位芯片解决,在低功耗场合,外部复位是有必
要的,毕竟BOD功耗太高。
第二,晶体振荡受干扰,频率不稳定,程序跑飞。针对这个问题,建议晶体使用全幅振荡,并且走线的时候尽量短,并且使用地线隔离。
第三系统受外界环境干扰,修改了PC等寄存器,程序跑飞。针对这个干扰问题,这个引起程序跑飞的可能性应该不大,如果环境实在恶劣
,那么就应该想到做电磁屏蔽,ESD保护等,如果还不行,那么只能建议换换别的单片机试试看了。
针对问题3,我们只能优化电路设置,尽量避免,比如加屏蔽罩,加ESD保护,加TVS保护,电源加电容退耦等等。
针对问题4, 如果系统真的具有很大的感性负载,那么请注意加续流二极管、滤波电容等做保护,不要让这种反向高压产生,无论如何,这
种因为感性负载突然断电自激产生的高压,不仅仅会对EEPROM有影响,而是对整个系统都存在威胁。
好了,说了这么多,设计也都按照上面的做了,EEPROM 就可以100%没有问题了?不是的,经过上面硬件上的一些处理,虽然EEPROM数据丢
失的可能已经很小了,但是我们仍然不能保证EEPROM数据就不会丢失了。这时 EEPROM 数据的可靠性,那就得从软件上去考虑了,接着我们从
软件的方面继续讨论。
我的做法是,数据分块,分区,校验,备份。当然这里讲的处理方法,仅仅是提供一种想法,你可以做不同数据长度的分块,不同大小的
分区,采用不同的地址映射方法,以及采用更多次的数据备份。下面以 Mega168 为例继续讨论。
1. Mega168 EEPROM 512字节,把EEPROM分为两个区,每个区256个字节,然后以8个字节为一个段,那么每个区就有32段。
数据区:0x000 - 0x0FF
0段:0x000 - 0x007
1段:0x008 - 0x00F
……
31段:0x0F8 - 0x0FF
备份区:0x100-0x1FF
每个段8个字节,其中前6个字节为有效数据,后2个字节为CRC16校验,数据格式下图所示:
(原文件名:数据分区.JPG)
2. EEPROM读写操作
EEPROM的操作以段为单位,
段写入函数:写数据到数据区时,先计算数据CRC16校验,然后同时把数据写入到数据区和备份区;
段读取函数:读取数据时,同时读取数据区以及备份区,如果数据区校验有误,备份区数据校验正确,就用备份区数据恢复数据区数据;
如果备份区数据有误,数据区数据正确,那么数据写入备份区重新备份;如果数据区备份区数据都有误,那么返回读取失败。
3. 数据区与备份区的对应关系
数据读写操作以段进行,内部的数据区与备份区怎么映射呢?为了防治数据与备份同时被意外修改,那么数据与备份地址空间相隔不能太
近,并且数据与备份的地址,应该尽量不同。假设数据地址为 Data_Addr,备份地址为 Bakup_Addr,我使用下面的函数映射地址:
Bakup_Addr = ( Data_Addr + 0x100 ) ^ 0x03F
加0x100是把地址定义到备份区, 与0x03F异或,是把低6bits取反,这样处理,数据与备份的地址空间较远,并且地址有7bits的不同。
例如,第 3 段 的地址: 0x018 - 0x01F,
对应的备份区为:0x127 - 0x120
如下图所示:
(原文件名:地址映射.JPG)
4. 读写函数加入写保护判断,在读写EEPROM前关闭写保护,读写完毕后,立即开启写保护,这样可以有效防止程序跑飞造成的EEPROM意外修改
。
5. 第0块建议禁止使用。
以下是Mega168 的 EEPROM C语言库函数(汇编比较晦涩,就不上了),另外送上 CRC16 CRC32 校验的函数,以及 Mega168 UART0 通信函
数库,以便于测试。编译环境 Studio + WinAVR 。
点击此处下载 ourdev_438338.rar(文件大小:53K) (原文件名:EEPROM Test.rar)
程序仿真结果:
1. 利用 MKII 仿真,EEPROM 数据被擦除后,全为0xFF
(原文件名:01 EEPROM 擦除.JPG)
2. 发送写第一块命令
(原文件名:02 写01块.JPG)
3. Break暂停仿真,查看 EEPROM 数据:
(原文件名:03 仿真结果.JPG)
4. 发送 C1 00 命令,读取的一块数据:
(原文件名:04 读01块.JPG)
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