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自己研究STM32 FLASH模拟EEPROM的心得(原创)

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楼主
ddf6d|  楼主 | 2013-2-21 14:24 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
图片没时间传,已将原文档和所用资料全部打包放在了CSDN上,有兴趣可以下载。

=====去CSDN搜索“STM32F10X FLASH模拟eeprom心得”即可
花了几天时间研究stm32用Flash模拟EEPROM的问题,终于彻底弄懂了这种机制,由于我英文很菜,所以官方文档没有仔细看,而是直接去抠官方给出的例子程序,当然这种方法比较笨,但最终效果是一样的。

下面仅将我学习过程中的一些心得体会给大家介绍一下,希望能对需要的人有所帮助,有不足之处望大家积极指正。

首先推荐大家看的文档就是ST的官方文档《AN2594.pdf》 和前辈总结出的《STM32 FLASH 模拟EEPROM使用和优化.pdf》和已经优化过的例程代码《FW_V3.1.0优化(FLASH模拟EEPROM).rar》

下面开始进入主题
为什么要用flash模拟eeprom?
  在许多应用场合下需要用eeprom保存非易失性的数据,但是意法半导体为了控制成本,没有在STM32F10X系列芯片中集成EEPROM,所以我们就需要用其内部集成的FLASH通过软件模拟EEPROM来达到同样的效果。
stm32中的片上FLASH特点
  根据《STM32F10X闪存编程》中的介绍,以小容量为例(如下图),我们要使用的是32个1K字节/页的主存储空间,也就是说这段空间里除了保存用户代码的部分,其余部分我们是可以利用其作为数据存储使用的。

  stm32的FLASH分为主存储块和信息块。主存储块用于保存具体的程序代码和用户数据,信息块用于负责由stm32出厂是放置2KB的启动程序(Bootloader)和512B的用户配置信息区。主存储块是以页为单位划分的,一页大小为1KB。范围为从地址0x08000000开始的128KB内。
  对Flash 的写入操作要 “先擦除后写入”的原则;
  闪存的读写涉及一个概念,字(Word)32bit和半字(HalfWord)16bit,虽然STM32 FLASH也是由字节组成,但STM32 FLASH的编程每次都是以16bit半字为单位,且FLASH地址必须为偶数,否则会出错。

对AN2594.pdf中模拟EEPROM机制的解释
  官方例程中用了2页FLASH空间来作为模拟EEPROM进行数据存储,例如页3(0x08000C00-0x08000FFF)和页4(0x08001000-0x080013FF),分别将其标记为PAGE0和PAGE1,简单流程如下图

  按照《使用和优化.pdf》中的解释,如果 0 页空间写满数据,那么把 0 页空间里面的【有效数据】复制到 1 页,如果 1页数据满那么把 1 页空间里面的【有效数据】复制到 0 页,这样循环使用,当然如果你想增加使用寿命可以增加多页循环。每页前面 4 字节保留,其中前 2 字节是该页状态标志。

  是的,看到这里我开始感觉到了迷惑,迫切的需要弄清楚这种机制。。。。

  官方文档中的这张图说明了虚拟的EEPROM在FLASH中的保存形式,对页进行以4字节为单位的分块,每块的前2字节保存虚拟EEPROM的16bit数据,后两字节保存此数据的16bit虚拟地址,虚拟地址必须为(0x0000-0xFFFE)。

  那么先在这里说一下页面的三种状态


ERASED   页面是空的或者刚刚擦除数据,此时整个页面都是0xFFFF
RECEIVE_DATA   按照官方解释是,此页面处在接收已满页面的有效数据过程中。一旦另一页面完成擦除(数据搬运完毕),此页面状态即变成VALID_PAGE。搬运的时候先将最新更新的数据写入,然后再将所有有效数据(除刚刚更新的虚拟地址的数据)写入页面。  状态字:0xEEEE
VALID_PAGE   页面含有有效数据,这种状态会一直保持,直到所有有效数据搬运到已擦除的页面(有效数据搬运到新页面)。  状态字:0x0000


1.写数据
  前面已经说到每页前4个字节保留,其中前2字节为页面状态字。假设保存的数据虚拟地址是 0x7777,那么程序写数据是从当前有效页页首地址开始查询虚拟地址位置为0xFFFF的空间,如果是 0xFFFF 那么该位置可以保存数据;如果不是,那么继续找下 1 个位置,如果本页无 0XFFFF 的空间那么表示本页已满,那么将本页【有效数据】复制到另外 1 页继续保存数据。
2.读数据
  读数据时是从有效页的末尾地址开始检测是否是有效数据,如果是那么立即返回,程序是通过虚拟地址判断有效数据的,第1 个匹配的虚拟地址的数据才是有效的。
3.对【有效数据】的解释
  在两次保存虚拟地址为0x7777的数据时(如下图所示)由于写数据时总是在FLASH中从首至尾依次存放,而读的时候总是从尾至首查找匹配,所以最后一次写入的虚拟地址是 0x7777对应的数据 1245 才是有效的。这就是虚拟数据的更新。

页满时的数据处理
  当有新数据要写入而页面内无0xFFFF地址即页面已满时,会将数据写入新的页面,并将原页面的有效数据也复制至新的页面,紧接着擦除已满的页面。如下图所示:

优化的问题
STM32 FLASH 模拟EEPROM优化
官方例程中读写数据每次要查询读写位置,写数据是从页首地址开始查询,读地址是从页末地址查询。 假如只有 1 个数据,读数据时效率是很低的,要查到最后才能找到有效数据, 如果页快满了写数据效率也很低,读效率反而好一点了。 实际程序中记录下一个可以写数据的位置将提高数据的读写效率,这样的话:写数据就是立即写不用查询,读数据不从页末地址查询,而是从最后 1 个写入数据处查询,这样特别在页数据少时效率提高不少。优化过的例子代码只需要增加很少部分就能实现。
增加关键代码
uint32_t CurWrAddress;  
// 初始化写地址,减少每次读写时查询时间
uint16_t InitCurrWrAddress(void)  
详细请看修改后的例子,读写函数也做了相应更改

  剩下的就是大家根据官方代码与优化过的代码进行对比,并通过eeprom.h中的三个入口函数进行细致研究了。
  
本人水平有限,如有不妥之处请及时指正
沙发
jianke123007| | 2013-5-10 11:28 | 只看该作者
非常感谢 兄弟

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板凳
airwill| | 2013-5-10 11:57 | 只看该作者
不错的想法. 不过考虑到掉电问题,
CurWrAddress; 是不是要写入 FLASH 呢? 这样就又是个麻烦了.

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地板
lin34337151| | 2013-7-5 16:32 | 只看该作者
楼主你好,看你了说的没怎么明白,我的项目现在有个要求,读取SD卡中的HEX文件,把读取的内容再写进flash,目的就是通过读SD卡进入程序的修改升级。楼主能否给个思路,SD卡文件系统的读写都做好了,没什么问题。

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5
trumpxp| | 2013-7-5 18:42 | 只看该作者
非常感谢楼主的资料   很不错    有时间   需要好好看看   顶起来

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6
lattice1| | 2013-7-10 10:35 | 只看该作者
mark

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7
yan2626156| | 2013-11-15 17:20 | 只看该作者
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8
liuruoshui1987| | 2014-2-20 09:14 | 只看该作者
感谢分享!

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9
jlwg| | 2014-2-20 10:44 | 只看该作者
适合小数据量数据存储,且没考虑掉电时正在写数据如何处理.没有数据完整性验证.所以只能算是一个学习用的例子程序,在实际工程中使用可靠性也许不一定能满足要求.

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10
jstele| | 2014-2-20 11:34 | 只看该作者
很清楚的思路  學習了

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11
outstanding| | 2014-2-20 11:56 | 只看该作者
  看看

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12
shaobing1231| | 2014-2-20 14:46 | 只看该作者
哈哈,楼主 。其实我还有一个好办法能加快查询速度的。
以前曾经写过类似的东西。一个flash512KB的 32byte一组(你的例子里边是4byte)能够在读貌似不超过20次就确定位置。嗯 貌似是20次。反正很少就是啦。速度 杠杠滴。
512K的flash 每次写数据都重新查找下一个地址,然后写32byte。一秒钟能写个很多遍吧。测试的结果忘了。
我开帖子,把源码分享一下吧

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13
jlwg| | 2014-2-20 16:50 | 只看该作者
利用官方给出的flash模拟eeprom的思路,进一步升级,可以考虑,用2个falsh页+ram,但是两个页功能不同,第一个页保存数据的地址索引,第二个页才是真正的
        保存数据。这样的方案,第一个页的基本数据结构是:数据号(16bit)--对应的索引(16bit)。而第二页就是任意结构的数据在任意地址(由第一页的索引来索引)
        每一个页都分成若干小页,小页的大小由使用的ram大小决定,比如512byte的ram,则应设置2K页面分成4个小页,考虑掉电保证数据完整性,每个2k页中,只有
        前3个小页是作为存储索引或数据用的。最后一个小页的用处,后面会说。
        当小页写满后,将小页内容拷贝到ram中,整理之后,重新写到下一个小页中,如此直到第三个个页写满后,把第三个页的内容拷贝到ram中并整理,然后将
        这个内容写入到另外的2K页中的第四个页位置上。也就是说,第一个2k页的第四小页是暂时保存第二个2K页写满后的小页的,同理,第二个2k页的第四小页
        是暂时保存第一个2K页写满后的小页的。这样做,是为了掉电时的数据完整性。
        每个小页是512字节,但是保留12字节作为校验和之类的使用,更加保证了数据的完整性。
        基本的结构就是这样,具体的实现细节做的时候再说。这里只是提供一个思路.
本贴只给有缘人,能看懂的话,把我这个思路实现了,保证是比原来官方的速度快上多少倍不止.原来官方的代码,读取数据的速度是变化的,随着数据的增多,读取就变慢了,各个网友提供的思路,虽然有所改善,但是本质不变,数据多了,都会变慢,只不过程度不同而已..而我的这个思路,实现之后,读取的速度是个常量,根据数据号直接映射到数据地址,和原来的官方方案比较,寻址是瞬间完成.而且永远这么快,存多少数据,都是这样.

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14
拿起书本| | 2014-2-24 15:58 | 只看该作者
如果你的MCU的flash足够大。并且你的MCU提供自编程flash指令。则可以通过flash模拟出一片eeprom区域,用于存储数据。

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15
sxhhhjicbb| | 2014-2-24 17:51 | 只看该作者
以空间换时间。以前在一个产品上用过。

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16
txcy| | 2014-2-24 18:18 | 只看该作者
非常支持原创心得

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17
无冕之王| | 2014-2-24 18:28 | 只看该作者
相当支持原创作品

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18
pkat| | 2014-2-24 18:35 | 只看该作者
这种原创心得还是很有参考价值的

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19
zhangyang86| | 2014-2-24 18:38 | 只看该作者
嗯。是的。谢谢楼主

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20
740071911| | 2016-11-4 10:16 | 只看该作者
实际项目中,这样来回擦除的,芯片不会坏的很快吗,不如外置e2prom吧

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