一種延長EEPROM使用壽命的標(biāo)記算法

黃 華，李曉鋒,曾小寶

(張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 張家界 427000)

0 引言

在嵌入式控制系統(tǒng)中，通常會(huì)使用EEPROM保存一些掉電后不丟失內(nèi)容的參數(shù)。但EEPROM的寫入次數(shù)有限，如果系統(tǒng)需要頻繁更改參數(shù)，極有可能超過EEPROM的使用壽命，如果用于保存參數(shù)的EEPROM因?yàn)榉磸?fù)擦寫而失效，將導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行需要的重要參數(shù)丟失，使系統(tǒng)不能正?？煽康墓ぷ?。

一般來說EEPROM的壽命是100萬次擦寫，現(xiàn)在一些低成本單片機(jī)使用Flash ROM來模擬EEPROM，保存參數(shù)數(shù)據(jù)，它們往往只有10萬次的擦寫壽命。如果參數(shù)不需要頻繁的改動(dòng)，10萬次的擦寫次數(shù)完全夠用了，比如即便10分鐘擦寫一次，可以工作694年。但是，假如系統(tǒng)10秒擦寫一次數(shù)據(jù)，10萬次的使用壽命只夠系統(tǒng)運(yùn)行100000/(360*24) = 11.5天，這時(shí)就希望EEPROM能有更長的使用壽命。

1 設(shè)計(jì)原理

各種延長EEPROM使用壽命的基本原理都是利用空間換時(shí)間，一般來說嵌入式控制系統(tǒng)需要保存的參數(shù)數(shù)據(jù)只有幾個(gè)字節(jié)，相對(duì)而言EEPROM的容量比要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量大得多。如果我們將這些信息保存到EEPROM中固定的地址處，就會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：一方面保存參數(shù)的存儲(chǔ)單元因?yàn)榉磸?fù)擦寫已經(jīng)損壞，另一方面EEPROM中還剩余大量完好未使用的存儲(chǔ)單元。

若我們能將EEPROM所有單元都利用起來，使得數(shù)據(jù)的擦寫均勻分布到EEPROM的每一個(gè)單元，就可以大大延長EEPROM的使用使命[1]。比如，如果需要保存的參數(shù)總共8個(gè)字節(jié)，EEPROM的容量有256字節(jié)，將參數(shù)保存平均分布到256字節(jié)后，相當(dāng)于將EEPROM的壽命提高了256/8倍，10萬次的擦寫壽命就提高到320萬次，這就大大提高了系統(tǒng)的使用壽命，因而提高了系統(tǒng)的可靠性。如果這樣的擦寫壽命仍然不夠使用，只需要提高EEPROM的容量就可以得到更高的使用壽命。

采用這種方法后，參數(shù)信息就不是保存在EEPROM的固定地址區(qū)域，我們需要一種方法來找到EEPROM中保存參數(shù)的位置，并且每次將參數(shù)寫入到不同的EEPROM地址處[2]。為了確定每次保存參數(shù)的地址，文獻(xiàn)1中介紹了“用后還原法”、“地址指針法”，但這些方法都比較麻煩，通用性不強(qiáng)，使得開發(fā)困難，為此筆者研究了一種“打包標(biāo)記”算法，來查找每次參數(shù)的保存位置。

2 算法描述

本算法在保存參數(shù)時(shí)，并不是直接將參數(shù)保存到EEPROM中，而是先將參數(shù)“打包”后再存放，“打包”后要保存的數(shù)據(jù)包格式為：

這里，F(xiàn)lag1、Flag2是一個(gè)選擇用來標(biāo)記參數(shù)存放位置的特殊數(shù)據(jù)，盡量選擇Flag1、Flag2的值與所保存的參數(shù)不一樣，以便于識(shí)別。采用這樣的數(shù)據(jù)包格式存放數(shù)據(jù)后，查找參數(shù)保存地址的算法可描述如下：

1) 設(shè)置搜索地址addr為0，查找次數(shù)search_times為0；

2) 將addr地址處內(nèi)容與Flag1比較，若相等，則執(zhí)行第4步；

3) 搜索地址前進(jìn)1個(gè)單位，如果到了最大的EEPROM地址，折回到0地址，查找次數(shù)加1；

4) 讀入N個(gè)單元的數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)，查找次數(shù)加N；

5) 讀入第N+1個(gè)單元，并將其與Flag2比較，如果相等，說明找到了數(shù)據(jù)存放的單元，將addr保存到全局變量，成功返回，否則繼續(xù)執(zhí)行第6步；

6) 判斷查找次數(shù)是否大于EEPROM容量，若小于，回到第2步繼續(xù)搜索，若大于，說明沒有找到曾經(jīng)保存了參數(shù)，這說明系統(tǒng)并沒有經(jīng)過初始化，返回查找失敗。

寫入?yún)?shù)的算法可描述如下：

1) 每次寫入之前，需要先查找一遍EEPROM，找到以前存放數(shù)據(jù)的起始地址；

2) 向上一次存放參數(shù)的地址的Flag1標(biāo)志擦除清0；

3) 向前跳過N+1個(gè)單元，跳過上一次寫入?yún)?shù)的EEPROM地址，開始寫入數(shù)據(jù)。

3 算法實(shí)現(xiàn)與測試

該算法的實(shí)現(xiàn)由load_parma、save_parma兩個(gè)函數(shù)組成，算法中調(diào)用eeprom_read函數(shù)和eeprom_write函數(shù)分別實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取和寫入，如要將該算法移植到不同的系統(tǒng)，只需要實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)底層寫入函數(shù)即可。load_parma函數(shù)查找參數(shù)保存的地址并存放到param_start_address全局變量，并將參數(shù)加載到buf數(shù)組緩沖區(qū)，save_parma函數(shù)跳過當(dāng)前參數(shù)在EEPROM中存放的區(qū)域，寫入下一個(gè)EEPROM區(qū)域。

bool load_parma(unsigned char *buf, unsigned char len)

{

unsigned int search_times=0;

unsigned int addr;

unsigned char flag=0;

unsigned char check_sum;

unsigned char i=0;

for(search_times=0;search_times

{

//從當(dāng)前的參數(shù)存放起始地址開始查找

flag=eeprom_read(param_start_address);

//當(dāng)前地址不是參數(shù)啟示的標(biāo)志字節(jié)

//跳出循環(huán)，從下一個(gè)字節(jié)繼續(xù)搜索

if(flag!=PARAM_FLAG1)

{

param_start_address=next_eeprom_addr(param_start_address);

continue;

}

//找到標(biāo)志字節(jié),加載數(shù)據(jù)

addr=param_start_address;

//check_sum=PARAM_FLAG;

for(i=0;i

{

addr=next_eeprom_addr(addr);

buf[i]=eeprom_read(addr);

//check_sum^=buf[i];

}

addr=next_eeprom_addr(addr);

if(eeprom_read(addr)==PARAM_FLAG2)

{

//找到參數(shù)存放位置

return true;

}

//校驗(yàn)和計(jì)算不正確，是錯(cuò)誤的標(biāo)志字節(jié)，重新搜索

param_start_address=next_eeprom_addr(param_start_address);

}

//全部搜索完畢，未找到已保存參數(shù)

return false;

}

bool save_param(unsigned char *buf, unsigned char len){

unsigned char flag=0;

//unsigned char check_sum=PARAM_FLAG;

unsigned char i=0;

unsigned int addr;

//如果參數(shù)起始地址為標(biāo)志字節(jié)，說明已經(jīng)保存過參數(shù)

flag=eeprom_read(param_start_address);

if(flag==PARAM_FLAG1){

//擦掉上一次保存的標(biāo)志字節(jié)

eeprom_write(param_start_address, 0);

//切換下一個(gè)個(gè)區(qū)塊來保存數(shù)據(jù)

for(i=0;i

param_start_address=next_eeprom_addr(param_start_address);

//跳過Flag2單元

param_start_address=next_eeprom_addr(param_start_address);

}

eeprom_write(param_start_address,PARAM_FLAG1);

addr=next_eeprom_addr(param_start_address);

for(i=0;i

{

eeprom_write(addr,buf[i]);

//check_sum^=buf[i];

addr=next_eeprom_addr(addr);

}

eeprom_write(addr,PARAM_FLAG2);

return true;

}

為了驗(yàn)證算法的有效性，筆者在PC機(jī)上編寫了一個(gè)測試程序，用內(nèi)存模擬EEPROM，將隨機(jī)數(shù)據(jù)先使用save_parma保存，在使用load_parma讀取，將讀取到的數(shù)據(jù)與寫入前的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，經(jīng)過100億次的循環(huán)測試，數(shù)據(jù)沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤，這說明該算法是有效可行的。

4 結(jié)語

本文給出一種延長EEPROM使用壽命的算法，在筆者使用該算法設(shè)計(jì)的一個(gè)數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)上應(yīng)用，系統(tǒng)已經(jīng)長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)該算法運(yùn)行可靠，具有一定的參考價(jià)值。