提高MSP430G系列單片機的Flash 擦寫壽命的方法

作者：時間：2012-12-05 來源：網絡

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2.2.1 軟件描述

本文引用地址：http://www.antipu.com.cn/article/257217.htm

在軟件實現上，為了便于軟件處理，建議定義一些關鍵宏定義和結構體，指定Flash 模擬EEPROM 的起始、結束地址、頁的大小、子頁的大小、每個頁的子頁數目等參數，同時將需要操作的參數封裝起來，便于軟件操作和管理，不建議定義許多離散的標志變量。

在軟件操作上，Flash 模擬EEPROM模塊需要提供幾個API 接口給應用程序調用。

通過typedef 關鍵字定義設備類型，typedef unsigned char u8;
ChkFstPowerOnInfo（）用于檢測芯片是否為第一次上電并初始化EEPROM 參數到內存，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據的指針，待寫入數據在子頁中的起始字節(jié)編號，寫入數據的長度，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，在擦除函數中需要根據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

軟件啟動后，初始化模擬EEPROM流程圖描述如下。

調用API，向模擬EEPROM 寫入數據的軟件流程如圖五所示。在軟件處理中，要特別注意目標指針的切換和保證寫入數據的正確性，在代碼空間允許的情況下，可以增加一些校驗算法來保證。

采用劃分子頁的方案總結如下。

每次寫入模擬EEPROM的數據長度為定長，即為子頁的長度。
軟件需要定義一個存儲變量結構體，用于刷新和同步模擬EEPROM內容。在將數據寫入模擬EEPROM之前，程序員需要按照約定的數據格式，在內存中將所有的目標存儲變量進行整理。
在軟件處理上，需要計算當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，根據子頁長度大小，將指向子頁的目的操作指針自動累加。
待一個頁（Page）寫滿后，需要將最后更新的模擬EEPROM數據拷貝到下一個頁，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機制，保證寫入數據的正確性并監(jiān)測用于模擬EEPROM功能的Flash 子頁是否已經失效。

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

	虛擬地址加數據的方案	劃分子頁的方案
優(yōu)點	對所有存儲變量進行了虛擬地址預分配，完全模擬了EEPROM 的地址加變量數據的訪問方式，易于理解并且操作簡便。	對所有存儲變量進行了封裝，通過由模擬EEPROM 驅動模塊提供的API 接口進行整體操作，操作簡便。存儲空間利用率高。
缺點	由于為每個存儲變量分配了虛擬地址，在有限Flash 資源前提下，存儲空間利用率低，理論利用率低于50%。	每次數據保存，都需要對整個子頁進行寫操作，效率較低。在每次將數據保存到模擬EEPROM 之前，需要應用程序將待寫入的變量數據結構體進行整理，增加軟件開銷。
總結	兩種方案都可以提高Flash 的擦寫壽命，用戶可以結合自己的應用設計進行方案選擇；在有限資源前提下，如需要更大容量的數據存儲空間，建議選擇劃分子頁的方式；在實際應用中，可以根據不同的需求，將存儲變量進行分類：將可能頻繁變化和需要保存的非易失性數據存儲到Flash 模擬EEPROM（code Flash）中，將不會經常改變的非易失性數據存儲到信息Flash（information Flash）中，從而增加Flash 模擬EEPROM模塊的利用率，更加靈活的實現數據保存。

3. 實際的嵌入式應用

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

3.1 Flash 存儲器擦寫壽命的提升

對于MSP430G 系列的Flash 存儲器，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Flash 編程和擦除壽命

采用劃分小頁結合至少分配2 個大頁的操作方式，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，如果將每個小頁的尺寸劃分為16 字節(jié)，采用2 個大頁（每頁512 字節(jié)）作為模擬EEPROM 使用，則可以提供64 個操作子頁（(512/16)x2=64），可以保證至少640000 次的擦寫壽命。

3.2 掉電時的異常處理

如果正在進行Flash 數據存儲時發(fā)生掉電，數據可能會保存不成功，存在異常。為了增強健壯性，在軟件處理上，需要考慮設備異常掉電等可能會導致Flash 擦寫失敗的情況。

在軟件處理中，當成功保存Flash 數據后，再寫入該子頁的狀態(tài)標志。單片機上電后，用戶程序將查找最后一次寫入的子頁，再將該子頁的數據內容并恢復到內存中的數據結構中。

4. 系統(tǒng)可靠性設計

4.1 時鐘源的選擇

由于驅動Flash 的時鐘源（ACLK、MCLK、SMCLK）和時鐘頻率可以設定，為了保證在將數據寫入模擬EEPROM時的可靠性，建議在將Flash 的時鐘頻率降低后，再對其進行操作。例如將Flash 的時鐘頻率降低到1MHz 后，進行寫入操作。需要注意，在降低了時鐘頻率后，若此時鐘源也是定時器（Timer）的時鐘源，則可能會影響到定時器的定時準確性，需要軟件上做好處理。

4.2 代碼在RAM中運行

由于向Flash 寫入數據操作是通過執(zhí)行Flash 中程序代碼，對Flash 進行擦除和編程操作。由于對Flash 的編程需要mcu 內部執(zhí)行一個升壓操作，所以如果有足夠的內存空間，建議將編程、擦除等關鍵代碼拷貝到RAM中運行，可以使用關鍵字__ramfunc 指定，如下圖七所示。