如何使用Flash模拟EEPROM存储参数？

概 述

在MCU的使用中，经常遇到需要存储参数或掉电保持数据等功能。其中，Flash和EEPROM是常见的非易失性存储器，都可以做到设备掉电重启后，数据还会保留。但二者有明显的区别：EEPROM可以被编程和电擦除，而且大多数的EEPROM可以被编程和电擦除，大多数串行EEPROM允许逐字节程序或擦除操作。与EEPROM相比，闪存具有更高的密度，这允许在芯片上实现更大的内存阵列（扇区）。通过对每个单元施加时间控制的电压来执行闪存擦除和写入周期。典型的Flash写时间是50µs/8位字；然而，EEPROM通常需要5到10 ms。EEPROM不需要进行页面（扇区）擦除操作，可以擦除一个需要指定时间的特定字节。与EEPROM相比，Flash具有更高的密度和更低的价格。

先楫产品可以外接大容量Flash芯片，支持可达256Mbyte程序或数据存储；部分产品如HPM6754、HPM6364、HPM6284内置4Mbyte Flash，HPM53XX系列全系支持1Mbyte Flash。在使用Flash模拟EEPROM时，最重要的挑战是满足Flash程序/擦除持久性和数据保留方面的可靠性目标。

其次，在应用程序的控制下，需要满足更新和读取数据的实时应用要求。请注意，在Flash擦写期间，它不能执行Flash应用程序，因为在此时间内不能执行在Flash中的程序，通常程序是将Flash擦写程序拷贝到RAM中执行。先楫半导体为了方便客户程序应用，已经将Flash驱动程序集成到ROM中，减少了系统对RAM的需求，用户使用时更加灵活方便。

由于Flash的块擦除要求，必须完全为模拟的EEPROM保留至少一个Flash扇区。例如，一个4K x 8bit大小的Flash扇区可以分为16页，每个页的大小为256 x 8bit。这使得每个页面相当于一个256 x 8字节的EEPROM。要保存的数据首先写入RAM中的缓冲区中，每个部分RAM可以模拟EEPROM的存储的数据。

如何实现？

根据Flash扇区和模拟的EEPROM的大小，划分相应的Flash和RAM空间。

功能：

• 读取片内或片外flash信息。

• 批量读取flash中数据到RAM缓存中。

• 用户可以自由读写RAM缓存中数据。

• 用户可以将RAM缓存中数据写入flash。

• 用户可以根据自己的需要定制存储空间大小和存储地址。

由于先楫半导体MCU已经集成了Flash驱动，用户可以不再需要把精力放到繁琐的底层Flash驱动部分。

为了实现此功能，需要8个函数来进行编程、读取和擦除，3个宏定义确定存储空间和位置。

/* Sector size */

#define SECTOR_SIZE (uint32_t) (0x1000)      

/* Sectors 0 and 1 base and end addresses */

#define Flash_base 0x80000000L

#define SECTOR1_BASE_ADDRESS (Flash_base+0x3FE000)

#define SECTOR1_END_ADDRESS  (SECTOR1_BASE_ADDRESS+SECTOR_SIZE*2-1)

其中，SECTOR_SIZE定义了flash扇区大小，单位是byte。若不确定flash扇区大小可以在Initial_EEProm函数中获取flash信息。Flash_base定义flash起始地址，具体可以参考user guider中系统内存映射 System Memory Map地址。SECTOR1_BASE_ADDRESS和SECTOR1_END_ADDRESS为数据存放起始地址，SECTOR1_BASE_ADDRESS必须是特定扇区起始地址。  

ATTR_PLACE_AT_WITH_ALIGNMENT(".ahb_sram",8) uint8_t EEPROM_data[SECTOR1_END_ADDRESS-SECTOR1_BASE_ADDRESS+1];

Flash模拟EEPROM时需在RAM中开辟缓存用于常态数据读写，开辟数据时应注意RAM区数据应放到ahb_sram或noncacheable区域。

if defined(FLASH_XIP) && FLASH_XIP

ATTR_RAMFUNC hpm_stat_t Initial_EEProm(void)

#else

hpm_stat_t Initial_EEProm(void)

#endif

{      

    xpi_nor_config_option_t option;

    option.header.U = BOARD_APP_XPI_NOR_CFG_OPT_HDR;

    option.option0.U = BOARD_APP_XPI_NOR_CFG_OPT_OPT0;

    option.option1.U = BOARD_APP_XPI_NOR_CFG_OPT_OPT1;  

    hpm_stat_t status = rom_xpi_nor_auto_config(HPM_XPI0, &s_xpi_nor_config, &option);

    if (status != status_success) {

        return status;

    }

    rom_xpi_nor_get_property(HPM_XPI0, &s_xpi_nor_config, xpi_nor_property_total_size,

                             &flash_size);

    rom_xpi_nor_get_property(HPM_XPI0, &s_xpi_nor_config, xpi_nor_property_sector_size,

                             §or_size);

    rom_xpi_nor_get_property(HPM_XPI0, &s_xpi_nor_config, xpi_nor_property_page_size, &page_size);   

    printf("Flash Size:%dMBytes Flash Sector Size:%dKBytes Flash Page Size:%dBytes ",

           flash_size / 1024U / 1024U, sector_size / 1024U, page_size);   

    EEProm_Flush();

} /* End  Initial_EEProm */

通过调用rom_xpi_nor_auto_config()、rom_xpi_nor_get_property()获取flash信息。

/*******************************************************************************

* Routine:  EEPromFlush

* Purpose:  Refresh data from flash to buffer.

*******************************************************************************/

inline void EEProm_Flush(void)

{

    memcpy((void*)EEPROM_data,(const void*)SECTOR1_BASE_ADDRESS,(SECTOR1_END_ADDRESS-SECTOR1_BASE_ADDRESS));

} /* End EEProm_Flush */

从flash中读取数据无需单独调用API函数，直接寻址读取效率更高，文中通过memcpy()函数直接从flash中读取数据到RAM缓存中，后面读写参数直接读写RAM缓存即可。

如果需要将参数写入flash中，需将整块flash擦写，由于数据已经存在RAM缓存，不会存在flash擦写时数据丢失的问题。

/*******************************************************************************

* Routine:  writeEEProm_withflush

* Purpose:  Writes variable to EEPROM and flush flash later.

* Input  :  none

* Output:    None.

* Return:   Returns 0

*******************************************************************************/

#if defined(FLASH_XIP) && FLASH_XIP

ATTR_RAMFUNC hpm_stat_t writeEEProm_withflush(uint16_t index, uint8_t *data, uint16_t size)

#else

hpm_stat_t writeEEProm_withflush(uint16_t index, uint8_t *data, uint16_t size)

#endif

{

    hpm_stat_t status;

    if(flash_size==0) return status_fail;

    memcpy((void*)&EEPROM_data[index],(const void*)data,size);

    status = rom_xpi_nor_erase(HPM_XPI0, xpi_xfer_channel_auto, &s_xpi_nor_config,

                               SECTOR1_BASE_ADDRESS-Flash_base, SECTOR1_END_ADDRESS-SECTOR1_BASE_ADDRESS);

    if (status != status_success) {

        return status;

    }

    status = rom_xpi_nor_program(HPM_XPI0, xpi_xfer_channel_auto, &s_xpi_nor_config,

                                 (const uint32_t *)EEPROM_data, SECTOR1_BASE_ADDRESS-Flash_base, SECTOR1_END_ADDRESS-SECTOR1_BASE_ADDRESS);

    if (status != status_success) {

        return status;

    }

}

考虑到flash擦写期间不能读取flash，flash擦写函数需放置在RAM执行的程序存储空间。先楫SDK中已经定义好了ram运行区域，并在HPM_COMMON.H文件中将函数和数字放置属性重新封装，通过ATTR_RAMFUNC等效定义__attribute__((section(“.fast”)))。为确保擦写flash期间不会被中断打断从而调用其他flash中的程序，需在运行中关闭中断。

//disable all interrupt before programming flash

    CSR_reg = disable_global_irq(CSR_MSTATUS_MIE_MASK);

    disable_global_irq(CSR_MSTATUS_SIE_MASK);

    disable_global_irq(CSR_MSTATUS_UIE_MASK);

    writeEEProm_withflush(0,(uint8_t*)s_write_buf,0x1000);//update eeprom with flash

    //restore interrupt  

    restore_global_irq(CSR_reg);

小 结

本文首先介绍了基于HPM6000系列芯片如何使用Flash模拟EEPROM存储参数。由于先楫SDK中已经提供了强大的驱动库，用户可以方便地通过Flash存储数据，降低成本和提高使用灵活性。

审核编辑：刘清