雙組Flash實(shí)施方案 - 帶有雙組閃存的MCU優(yōu)點(diǎn)

　　雙組Flash意味著同一器件中有兩個(gè)不同的Flash塊。本文從這里開(kāi)始以飛思卡爾MC9S08MM128 MCU為例進(jìn)行闡述。該器件擁有128kB的Flash存儲(chǔ)器，分成兩個(gè)64kB的陣列。上一章解釋過(guò)在寫(xiě)入或擦除Flash的這段時(shí)間，整個(gè)Flash塊都不能讀取。提到有兩種替代方法來(lái)執(zhí)行Flash操作：CPU拖延或從RAM運(yùn)行。同一邏輯適用于一個(gè)雙組Flash，但是由于現(xiàn)在有兩個(gè)不同的組，因此代碼可以在Flash A中運(yùn)行以寫(xiě)入或擦除Flash B，反之亦然。

?? ? ? ?當(dāng)使用非易失性存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)變量時(shí)，雙組Flash可以設(shè)計(jì)為將所有非易失性變量都存儲(chǔ)在一個(gè)Flash組中，即：一個(gè)塊用作偽EEPROM，代碼在另一個(gè)組中。 例如，所有數(shù)據(jù)都將存儲(chǔ)在Flash B中，寫(xiě)入和擦除存儲(chǔ)器的代碼將在Flash A中，以便更加高效地使用RAM和堆棧。在雙組Flash MCU中也不需要CPU 拖延。系統(tǒng)可以保持運(yùn)行，因?yàn)橹挥幸话氲拇鎯?chǔ)器需要高電壓，另一半可以繼續(xù)正常的代碼執(zhí)行。當(dāng)構(gòu)建應(yīng)用來(lái)避免阻塞代碼時(shí)，這尤為重要(代碼的各部分，要么停止CPU，或在環(huán)路等待事件發(fā)生以繼續(xù)代碼執(zhí)行，在這種情況下等待Flash命令完成)。

　　將數(shù)據(jù)保存在Flash B中的另一個(gè)好處是不需要禁用中斷功能，因?yàn)橹袛嗍噶勘硎荈lash A的一部分。這意味著所有串行通信、模數(shù)轉(zhuǎn)換、定時(shí)器等都可以保持運(yùn)行，啟用中斷功能，代碼可以在命令執(zhí)行的過(guò)程中進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，提取中斷矢量，執(zhí)行中斷服務(wù)例程，并返回，以驗(yàn)證Flash操作是否完成，以及是否需要啟動(dòng)新操作。

　　另外一個(gè)特點(diǎn)是向執(zhí)行整個(gè)設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程升級(jí)的應(yīng)用添加故障容忍功能?？梢詫⑿马?xiàng)目版本保存在一個(gè)Flash組中，在另一個(gè)組中作為備份進(jìn)行保存。一旦上傳了新版本并通過(guò)了驗(yàn)證，那么以前的版本便可以擦除。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)級(jí)，可以總是使用Flash A在Flash B中寫(xiě)入新版本，反之亦然。這樣，即使在更新過(guò)程中發(fā)生了故障，也不會(huì)丟失工作版本。

　　EEPROM仿真

　　使用Flash存儲(chǔ)非易失性信息的一個(gè)限制是字節(jié)必須處于已擦除狀態(tài)(所有位都設(shè)為邏輯“1”)才能夠?qū)懭?。這意味著擦除操作將所有位都從扇區(qū)轉(zhuǎn)換為“1”，而寫(xiě)入操作將某些或全部位都改為“0”。這樣產(chǎn)生的問(wèn)題是，如果一個(gè)變量發(fā)生了改變，需要進(jìn)行非易失性備份，那么首先需要擦除字節(jié)，但是由于Flash不能逐個(gè)字節(jié)擦除，因此需要擦除整個(gè)扇區(qū)。

　　執(zhí)行EEPROM仿真的例程旨在使用Flash而不是單字節(jié)寫(xiě)入和擦除功能來(lái)提供EEPROM功能。一般做法是使用需要存儲(chǔ)在Flash中的所有變量創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu);該結(jié)構(gòu)添加一個(gè)字段，指示該扇區(qū)是否活動(dòng)(這應(yīng)該是寫(xiě)入的最后一個(gè)字節(jié)，以驗(yàn)證所有數(shù)據(jù)是否已經(jīng)正確寫(xiě)入)。當(dāng)需要在Flash中更新某些信息時(shí)，復(fù)制整個(gè)結(jié)構(gòu)。每當(dāng)字節(jié)改變時(shí)都進(jìn)行非易失性更新，或根據(jù)定時(shí)器持續(xù)進(jìn)行備份作為應(yīng)用執(zhí)行的一部分。

　　根據(jù)應(yīng)用類(lèi)型，可能進(jìn)行某些改變，以減少執(zhí)行EEPROM仿真或增加系統(tǒng)強(qiáng)勁性所需的Flash容量。例如，如果使用一個(gè)Flash扇區(qū)，非易失性結(jié)構(gòu)將寫(xiě)入同一扇區(qū)，只要適合扇區(qū)大小，能寫(xiě)入多少次就寫(xiě)多少次(因此，建議結(jié)構(gòu)大小適合扇區(qū)內(nèi)的準(zhǔn)確次數(shù)，通常是兩種大小的功率)。在Flash扇區(qū)填滿(mǎn)后，代碼需要擦除扇區(qū)并重新開(kāi)始。這種方法的好處是只使用一個(gè)Flash扇區(qū)，限制是如果在扇區(qū)擦除步驟發(fā)生斷電，那么所有信息都會(huì)丟失。 另外，F(xiàn)lash耐用性也將加倍。

　　另一種方法是使用兩個(gè)扇區(qū)進(jìn)行EEPROM仿真。只有在把信息寫(xiě)入新扇區(qū)后才擦除一個(gè)扇區(qū)，因此在Flash中總是有信息的有效副本，從而更加強(qiáng)韌，能夠確保即使在擦除或?qū)懭脒^(guò)程中發(fā)生掉電，信息也不會(huì)丟失，還增加了存儲(chǔ)非易失性信息所需的Flash容量。 根據(jù)應(yīng)用要求來(lái)確定應(yīng)該使用哪種方法。

　　案例研究： 如何在飛思卡爾S08系列中寫(xiě)入/擦除Flash

　　在S08系列中執(zhí)行寫(xiě)入或擦除操作的步驟與此類(lèi)似。如果要獨(dú)立進(jìn)行寫(xiě)入、突發(fā)寫(xiě)入、擦除或整體擦除，第一步是用一些數(shù)據(jù)寫(xiě)入Flash位置(區(qū)別在于如果命令是擦除或整體擦除，那么所寫(xiě)入的數(shù)據(jù)是沒(méi)有影響的)。之后，寄存器FCMD(Flash命令)需要寫(xiě)入要執(zhí)行的操作，然后在Flash狀態(tài)寄存器中寫(xiě)入一個(gè)位來(lái)下發(fā)命令，代碼需要檢查下發(fā)的Flash命令是否會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。在單組Flash部署中，代碼需要等待設(shè)置Flash命令完成標(biāo)志，以便它可以返回正常的代碼執(zhí)行，對(duì)于雙組Flash，在檢查了下發(fā)Flash命令沒(méi)有導(dǎo)致錯(cuò)誤產(chǎn)生后將立即返回執(zhí)行其它代碼部分。建議在下發(fā)新命令前，代碼總是檢查以前的命令是否已經(jīng)完成，以避免潛在的問(wèn)題。

　　下面的文本框是關(guān)于如何為MCU部署Flash命令的代碼示例。

　　#define Flash_Busy() FSTAT_FCCF

　　#define EraseSectorFlashB(Addr) FlashB_Command(Addr, 0xff, FLASH_ERASE_CMD)

　　#define WriteByteFlashB(Addr, Data) FlashB_Command(Addr, Data, FLASH_PROGRAM_CMD)

　　void main(void)

　　{

　　unsigned char FlashErasedAddress = 0x4000;

　　unsigned char FlashWrittenAddress = 0x4000;

　　unsigned char FlashWrittenData = 'A';

　　if (!Flash_Busy())

　　{

　　EraseSectorFlashB(FlashErasedAddress);

　　}

　　if (!Flash_Busy())

　　{

　　WriteByteFlashB(FlashWrittenAddress, FlashWrittenData);

　　}

　　對(duì)于雙組Flash：

　　本節(jié)顯示了Flash B部分主要文件調(diào)用擦除和單字節(jié)寫(xiě)入例程的典型實(shí)施方案。宏定義允許為兩種目的使用相同的例程，因?yàn)檫@兩種操作非常相似。下面是一種推薦的寫(xiě)入/擦除Flash例程的部署方法。

　　#pragma CODE_SEG FLASH_A

　　unsigned char FlashB_Command(unsigned int FlashAddress, unsigned char FlashData, unsigned char Command)

　　{

　　/* Write Data into Flash*/

　　(*(volatile unsigned char *)(FlashAddress)) = FlashData;

　　/* Write Command */

　　FCMD = Command;

　　/* Launch command by setting FSTAT.FCBEF to 1 */

　　FSTAT = 0x80;

　　/* Wait at least 4 cycles to read the Error Flags */

　　_asm NOP;

　　_asm NOP;

　　_asm NOP;

　　_asm NOP;

　　/* Check if Flash Access Error or Protection Violation Error are Set */

　　if (FSTAT & (FSTAT_FACCERR_MASK|FSTAT_FPVIOL_MASK))

　　{

　　/* If so, finish the function returning FLASH_ERROR to indicate error */

　　FlashClearErrorFlags();

　　return (FLASH_ERROR);

　　}

　　/* Return FLASH_OK to indicate that the function executed Ok */

　　return (FLASH_OK);

　　}

　　#pragma CODE_SEG DEFAULT

　　所有寄存器和位名稱(chēng)對(duì)應(yīng)于飛思卡爾S08系列MCU中現(xiàn)有的名稱(chēng)。

　　結(jié)論

　　飛思卡爾雙組Flash是一個(gè)簡(jiǎn)單的想法，通過(guò)增強(qiáng)性能、避免CPU拖延情況、在代碼執(zhí)行過(guò)程中保持中斷服務(wù)例程、不需要把例程復(fù)制到RAM，簡(jiǎn)化了應(yīng)用設(shè)計(jì)。有了這些功能，可以更容易地設(shè)計(jì)和部署在代碼執(zhí)行過(guò)程中需要寫(xiě)入或擦除Flash存儲(chǔ)器的最終應(yīng)用。

　　引導(dǎo)程序或EEPROM仿真等應(yīng)用通過(guò)考慮正確的存儲(chǔ)器分配并消除一些限制(如在Flash例程執(zhí)行過(guò)程中停止通信外設(shè))，利用該功能，從而提高效率。