深入理解EEPROM使用

EEPROM作为一个处理器的存储器件，经常被提及。大牛攻城狮一直想把这个器件说明白，这里从使用的角度进行分析。

EEPROM存储芯片接口最常用的就是接口的I2C，刚刚好最近项目有涉及该类芯片，这里就从软件使用角度进行分析说明。软件设计采用分层理念，保证尽量简洁，方便器件替换后进行更改。

深入理解EEPROM使用，EEPROM、FRAM、FM24W256芯片IIC软件设计采用分层理念，保证尽量简洁，方便器件替换-嵌入式文档类资源-CSDN文库

目录

EEPROM使用策略

硬件设计

软件设计

代码架构分析

数据读取

数据写入

例程代码

测试说明

---

EEPROM使用策略

EEPROM使用策略问题，如果要仔细阐述可以写很多内容，尤其针对EEPROM的异常（损坏）处理，这里仅仅做备份处理。

在软件设计过程中，存储一些掉电保存的参数，会在考虑EERPOM寿命的情况下，进行数据保存，做到尽量减少擦除次数。铁电存储器FRAM的出现，给了软件很大的灵活度，不仅大大提升了可擦除次数，而且提升了读写速度，铁电存储器没有页操作的限制，避免了传统EEPROM跨页存储写入消耗大量的延时等待时间。

硬件设计

项目采用FM24W256芯片为存储芯片，完成对系统主要参数的存储。

 这里容易搞错的是WP脚的接法，一般可以做上拉或者下拉处理，连接到MCU 管脚，这里不需要进行存储保护，所以接到GND

IIC接口上拉后直接连接到MCU管脚

软件设计

根据系统需要随时存储一些变量，可以把所有需要存储的变量打包到同一个结构体里面，针对该结构体进行存储。例如

extern struct FlashParagma_t
{
	Uint32_t Flag;//0x5A0FF0A5
	uint16_t DebugComFlg;
	uint16_t DeviceID;
	uint16_t delay_U48;
	uint16_t delay_U47;
	uint16_t delay_U51;
	uint16_t delay_U52;
	uint16_t delay_U56;
	uint16_t delay_U55;
	uint16_t delay_U59;
	uint16_t delay_U60;
	uint16_t delay_U63;
	uint16_t delay_U62;
	uint16_t delay_U66;
	uint16_t delay_U65;
	uint16_t delay_U69;
	uint16_t delay_U68;
	uint16_t delay_U86;
	uint16_t delay_U93;
	uint16_t delay_U100;
	uint16_t delay_U124;
	uint16_t delay_U125;
	uint16_t delay_U126;
	uint16_t delay_U127;
	uint16_t tolerance_U30;
	uint16_t tolerance_U33;
	uint32_t CheckSum;
}FlashParagma;

实际使用过程中，仅仅需要存储该结构体即可，当然可以复制存储一份，作为备份参数使用，备份参数和实际存储的位置要保证物理隔离，不要有在存储器上有重叠地址出现。

代码架构分析

如下图所示，核心代码架构如下图所示，应用层程序对上述结构体进行维护，通过调用存储器读写函数进行结构体的存储，存储器读写函数通过调用函数I2C的时序函数进行补充。

数据读取

首先确定器件读写地址，查看手册，发现

参考硬件设计接线图，A0 A1 A2全部接地，故而取0，读取函数比较简单，就是按照如下时序提取数据即可

关键函数如下

INT8U FlashParagmaRead (void)
{
	fm24c_read_nbyte(FLASH_PARAGRAM_START_ADDR, sizeof(FlashParagma) / sizeof(INT8U), ((INT8U *)&FlashParagma));
	if (FlashParagmaCheck (&FlashParagma) == OS_TRUE)
	{
		return OS_TRUE;
	}
	else
	{

	}
	printf("FlashParagmaRead err!\r\n");
	return OS_FALSE;
}



/*
 *         Name:  fm24c_read_nbyte
 *  Description:  从fm24c指定的地址开始读取len个字节到buf中，地址可跨页
 *        Input:  addr: 读取数据的开始地址 len: 读取数据长度 buf: 读取数据存放指针
 *       Output:  返回读取情况
 *      Version:
 */
uint8_t fm24c_read_nbyte(uint32_t addr, uint16_t len, uint8_t *buf)
{
    uint32_t  i = 0;

    I2C_start();							  //启动I2C总线
    I2C_write_byte(FM24C_DEVICE_ADDR_W);    //发送器件写地址
    I2C_d_nop();
    if (I2C_check_ack() == 0)               //检测应答
        return I2C_R_BIT_ERR;
    I2C_write_byte(addr >> 8);              //发送将要处理数据的地址，高8位
    I2C_d_nop();
    if (I2C_check_ack() == 0)               //检测应答
        return I2C_R_BIT_ERR;
    I2C_write_byte(addr);     	          //发送将要处理数据的地址，低8位
    I2C_d_nop();
    if (I2C_check_ack() == 0)               //检测应答
        return I2C_R_BIT_ERR;

    I2C_start();				         	  //启动I2C总线
    I2C_write_byte(FM24C_DEVICE_ADDR_R);	  //发送器件地址，读
    I2C_d_nop();
    if (I2C_check_ack() == 0)               //检测应答
        return I2C_R_BIT_ERR;

    I2C_d_nop();
    *buf++ = I2C_read_byte();		          //读取第一个数据
    I2C_d_nop();
    for (i = 1; i < len; i++)
    {
        I2C_d_nop();
        I2C_send_bit_0();                  //主机应答(ACK)，继续接受数据
        *buf++ = I2C_read_byte();		     //读取数据
    }
    I2C_send_bit_1();				 		 //产生NO ACK信号结束读取数据
    I2C_stop();				             //停止I2C总线

    return FM24C_R_SUCCESS;
}

数据写入

数据写入比较复杂，这里要考虑兼容EEPROM写入，无论PCB板贴装件EEPROM、FRAM都可以，保证软件都可以正常使用。参考例程代码。

//FM24W256

#define     FM24C_TOTAL_SIZE            (32*1024)  //本器件大小

#define     FM24C_PAGE_SIZE             (32)       //一页的字节数

这里针对FRAM不需要分页处理，为了兼容同系列的EEPROM还是依照分页处理进行写入。

依据写入首地址是否为页起始地址和写入长度是否为页长度的整数倍，进行分情况进行写入操作。涉及到页写入时，需要延时一段时间，如果对时间要求较高，这个延时时间可以优化。

写入相对复杂，关键函数如下

这里需要注意的是不同的器件写入延时不一样，如果追求速度，可以去仔细调节一下代码延时。

这里代码中每写一页延时delay_ms(20)，延时对于铁电来说太长了，都可以直接去掉。铁电也没有分页写入的概念，这里纯属为了兼容其他EEPROM而设计的兼容。

INT8U FlashParagmaWrite (void)
{
	FlashParagmaFormat (&FlashParagma);
	if(FM24C_W_SUCCESS == fm24c_write_nbyte(FLASH_PARAGRAM_START_ADDR, sizeof(FlashParagma) / sizeof(INT8U), ((INT8U *)&FlashParagma)))
	{
		return OS_TRUE;
	}
	printf("FlashParagmaWrite err!\r\n");
	return OS_FALSE;
}


/*
 *         Name:  fm24c_write_nbyte_no_pass
 *  Description:  往fm24c写入数据，所写数据不能跨越页面
 *        Input:  addr: 写数据开始地址 len: 写数据长度 buf: 写数据存放指针
 *       Output:  返回写数据情况
 *      Version:
 */
uint8_t fm24c_write_nbyte_no_pass(uint32_t addr, uint8_t len, uint8_t *buf)
{
    uint8_t i;
    uint8_t npage;

    if ((addr + len) > FM24C_TOTAL_SIZE)    //地址越界
        return FM24C_W_N_BYTE_ERR;
    npage = addr / FM24C_PAGE_SIZE;         //根据输入地址计算出第几页
    if ((addr + len) > (npage + 1) * FM24C_PAGE_SIZE) //写入数据长度跨页，当出错处理
        return FM24C_W_N_BYTE_ERR;

    I2C_start();		  	                //启动I2C总线
    I2C_write_byte(FM24C_DEVICE_ADDR_W);    //发送器件写地址
    I2C_d_nop();
    if (I2C_check_ack() == 0)			    //检测从机应答
        return I2C_W_BIT_ERR;			    //无应答，写错误
    I2C_write_byte(addr >> 8);   			//发送将要处理数据的地址，高8位ַ
    I2C_d_nop();
    if (I2C_check_ack() == 0)             //检测从机应答
        return I2C_R_BIT_ERR;
    I2C_write_byte(addr);                 //发送将要处理数据的地址，低8位
    I2C_d_nop();
    if (I2C_check_ack() == 0)             //检测从机应答
        return I2C_W_BIT_ERR;				//无应答，写错误

    for (i = 0; i < len; i++)
    {
        I2C_write_byte(*buf++);             //写入数据
        if (I2C_check_ack() == 0)           //检测从机应答
            return I2C_W_BIT_ERR;
    }
    I2C_stop();				        		//停止I2C总线

    return FM24C_W_SUCCESS;
}

/*
 *         Name:  fm24c_write_nbyte
 *  Description:  写n个字节函数，所写数据可以跨页面大小，但不能超过芯片存储容量大小
 *        Input:
 *       Output:
 *      Version:
 */

uint8_t fm24c_write_nbyte(uint32_t addr, uint32_t len, uint8_t *buf)
{

	  uint8_t NumOfPage = 0, NumOfSingle = 0, Addr = 0, count = 0, ret;
	  if(len > FM24C_TOTAL_SIZE)
	    return FM24C_W_N_BYTE_ERR;
	  Addr = addr % FM24C_PAGE_SIZE;
	  count = FM24C_PAGE_SIZE - Addr;
	  NumOfPage =  len / FM24C_PAGE_SIZE;
	  NumOfSingle = len % FM24C_PAGE_SIZE;

	  //If WriteAddr is FM24C_PAGE_SIZE aligned
	  if(Addr == 0)
	  {
	    // If n < FM24C_PAGE_SIZE
	    if(NumOfPage == 0)
	    {
			ret = fm24c_write_nbyte_no_pass(addr, NumOfSingle, buf);
			if(ret != FM24C_W_SUCCESS)
			{
				return ret;
			}
			delay_ms(20);
	    }
	    // If n > FM24C_PAGE_SIZE
	    else
	    {
	      while(NumOfPage--)
	      {
			ret = fm24c_write_nbyte_no_pass(addr, FM24C_PAGE_SIZE, buf);
			if(ret != FM24C_W_SUCCESS)
			{
			  return ret;
			}
			delay_ms(20);
			addr +=  FM24C_PAGE_SIZE;
			buf += FM24C_PAGE_SIZE;
	      }

	      if(NumOfSingle!=0)
	      {
				ret = fm24c_write_nbyte_no_pass(addr, NumOfSingle, buf);
				if(ret != FM24C_W_SUCCESS)
				{
					return ret;
				}
				delay_ms(20);
	      }
	    }
	  }
	  // If WriteAddr is not FM24C_PAGE_SIZE aligned
	  else
	  {
	    /* If n < FM24C_PAGE_SIZE */
	    if(NumOfPage== 0)
	    {
			ret = fm24c_write_nbyte_no_pass(addr, NumOfSingle, buf);
			if(ret != FM24C_W_SUCCESS)
			{
				return ret;
			}
			delay_ms(20);
	    }
	    /* If n > FM24C_PAGE_SIZE */
	    else
	    {
	      len -= count;
	      NumOfPage =  len / FM24C_PAGE_SIZE;
	      NumOfSingle = len % FM24C_PAGE_SIZE;

	      if(count != 0)
	      {
			ret = fm24c_write_nbyte_no_pass(addr, count, buf);
			if(ret != FM24C_W_SUCCESS)
			{
				return ret;
			}
			delay_ms(20);
	        addr += count;
	        buf += count;
	      }

	      while(NumOfPage--)
	      {
			ret = fm24c_write_nbyte_no_pass(addr, FM24C_PAGE_SIZE, buf);
			if(ret != FM24C_W_SUCCESS)
			{
				return ret;
			}
			delay_ms(20);
	        addr +=  FM24C_PAGE_SIZE;
	        buf += FM24C_PAGE_SIZE;
	      }
	      if(NumOfSingle != 0)
	      {
			ret = fm24c_write_nbyte_no_pass(addr, NumOfSingle, buf);
			if(ret != FM24C_W_SUCCESS)
			{
				return ret;
			}
			delay_ms(20);
	      }
	    }
	  }
	return FM24C_W_SUCCESS;
}

更详细资料例程代码参考

深入理解EEPROM使用，EEPROM、FRAM、FM24W256芯片IIC软件设计采用分层理念，保证尽量简洁，方便器件替换-嵌入式文档类资源-CSDN文库

例程代码

使用STM32CubeIDE Version:1.8.0，这里使用STM32F407，当然也可以切换到到其他MCU，或者将代码移植到其他MCU。

测试说明

例程代码实现了统计开机次数计时，每次开机从FRAM读取结构体变量的值，判断校验是否正确，不正确的话进行恢复出厂设置操作，正确的话，就将开机次数加1，写入到FRAM.串口打印字符如下图所示

烧写代码后首次启动，恢复出厂设置，后面每次开机都记录开机次数。

更详细资料例程代码参考

深入理解EEPROM使用，EEPROM、FRAM、FM24W256芯片IIC软件设计采用分层理念，保证尽量简洁，方便器件替换-嵌入式文档类资源-CSDN文库