提高MSP430G系列单片机的Flash 擦写寿命的方法

作者：时间：2012-12-05 来源：网络

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2.2.1 软件描述

本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/257217.htm

在软件实现上，为了便于软件处理，建议定义一些关键宏定义和结构体，指定Flash 模拟EEPROM 的起始、结束地址、页的大小、子页的大小、每个页的子页数目等参数，同时将需要操作的参数封装起来，便于软件操作和管理，不建议定义许多离散的标志变量。

在软件操作上，Flash 模拟EEPROM模块需要提供几个API 接口给应用程序调用。

通过typedef 关键字定义设备类型，typedef unsigned char u8;
ChkFstPowerOnInfo（）用于检测芯片是否为第一次上电并初始化EEPROM 参数到内存，原型如下。
Void ChkFstPowerOnInfo(void);
FlashWrite（）用于写Flash，传递的形参包括指向待写入数据的指针，待写入数据在子页中的起始字节编号，写入数据的长度，原型如下。
void FlashWrite( u8 *array, u8 startNum, u8 length );
FlashErase（）用于擦除Flash，传递的形参是子页的编号，在擦除函数中需要根据子页的编号判断是否需要执行页的擦除操作，原型如下。

void FlashErase(u8 seg_sn);

2.2.2 软件流程图

软件启动后，初始化模拟EEPROM流程图描述如下。

调用API，向模拟EEPROM 写入数据的软件流程如图五所示。在软件处理中，要特别注意目标指针的切换和保证写入数据的正确性，在代码空间允许的情况下，可以增加一些校验算法来保证。

采用划分子页的方案总结如下。

每次写入模拟EEPROM的数据长度为定长，即为子页的长度。
软件需要定义一个存储变量结构体，用于刷新和同步模拟EEPROM内容。在将数据写入模拟EEPROM之前，程序员需要按照约定的数据格式，在内存中将所有的目标存储变量进行整理。
在软件处理上，需要计算当前写入和下一次写入的物理地址；在每一次执行写入操作后，根据子页长度大小，将指向子页的目的操作指针自动累加。
待一个页（Page）写满后，需要将最后更新的模拟EEPROM数据拷贝到下一个页，再对写满页执行一次擦除操作。
在嵌入式软件处理上需加入合适的校验机制，保证写入数据的正确性并监测用于模拟EEPROM功能的Flash 子页是否已经失效。

2.3 两种方案的对比分析

两种方案的对比分析见表二。

表二两种方案的对比分析

	虚拟地址加数据的方案	划分子页的方案
优点	对所有存储变量进行了虚拟地址预分配，完全模拟了EEPROM 的地址加变量数据的访问方式，易于理解并且操作简便。	对所有存储变量进行了封装，通过由模拟EEPROM 驱动模块提供的API 接口进行整体操作，操作简便。存储空间利用率高。
缺点	由于为每个存储变量分配了虚拟地址，在有限Flash 资源前提下，存储空间利用率低，理论利用率低于50%。	每次数据保存，都需要对整个子页进行写操作，效率较低。在每次将数据保存到模拟EEPROM 之前，需要应用程序将待写入的变量数据结构体进行整理，增加软件开销。
总结	两种方案都可以提高Flash 的擦写寿命，用户可以结合自己的应用设计进行方案选择；在有限资源前提下，如需要更大容量的数据存储空间，建议选择划分子页的方式；在实际应用中，可以根据不同的需求，将存储变量进行分类：将可能频繁变化和需要保存的非易失性数据存储到Flash 模拟EEPROM（code Flash）中，将不会经常改变的非易失性数据存储到信息Flash（information Flash）中，从而增加Flash 模拟EEPROM模块的利用率，更加灵活的实现数据保存。

3. 实际的嵌入式应用

根据软件需要，建议采用字节（8bit）做为操作的最小粒度，适用性会更广泛。

3.1 Flash 存储器擦写寿命的提升

对于MSP430G 系列的Flash 存储器，可以保证至少10000 次的编程和擦除寿命。如图六所示。

图六 MSP430G 系列单片机Flash 编程和擦除寿命

采用划分小页结合至少分配2 个大页的操作方式，则可以大大增加Flash 模拟EEPROM 的擦写寿命。例如，对于MSP430G 系列单片机，如果将每个小页的尺寸划分为16 字节，采用2 个大页（每页512 字节）作为模拟EEPROM 使用，则可以提供64 个操作子页（(512/16)x2=64），可以保证至少640000 次的擦写寿命。

3.2 掉电时的异常处理

如果正在进行Flash 数据存储时发生掉电，数据可能会保存不成功，存在异常。为了增强健壮性，在软件处理上，需要考虑设备异常掉电等可能会导致Flash 擦写失败的情况。

在软件处理中，当成功保存Flash 数据后，再写入该子页的状态标志。单片机上电后，用户程序将查找最后一次写入的子页，再将该子页的数据内容并恢复到内存中的数据结构中。

4. 系统可靠性设计

4.1 时钟源的选择

由于驱动Flash 的时钟源（ACLK、MCLK、SMCLK）和时钟频率可以设定，为了保证在将数据写入模拟EEPROM时的可靠性，建议在将Flash 的时钟频率降低后，再对其进行操作。例如将Flash 的时钟频率降低到1MHz 后，进行写入操作。需要注意，在降低了时钟频率后，若此时钟源也是定时器（Timer）的时钟源，则可能会影响到定时器的定时准确性，需要软件上做好处理。

4.2 代码在RAM中运行

由于向Flash 写入数据操作是通过执行Flash 中程序代码，对Flash 进行擦除和编程操作。由于对Flash 的编程需要mcu 内部执行一个升压操作，所以如果有足够的内存空间，建议将编程、擦除等关键代码拷贝到RAM中运行，可以使用关键字__ramfunc 指定，如下图七所示。