STM32F40x/STM32F41x 微控制器中的 EEPROM 仿真

简介

在工业应用中经常使用 EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）来存储可更新的数据。EEPROM 是用在复杂系统（例如计算机）和其它电子器件中的一种永久（非易失）存储器存储系统，它可以在电源故障时存储和保留少量数据。
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为降低成本，外部 EEPROM 可以用 STM32F40x/STM32F41x 的以下功能之一替代：
3 D6 W0 M7 k- A; \8 R6 J; r- |● 片内 4 KB 备份 SRAM
( t+ J0 l; h1 `) `# M( s1 V8 u● 片内 Flash，具有特定软件算法
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STM32F40x/STM32F41x 具有 4 KB 备份 SRAM，当主 VDD 电源断电时，可通过 VBAT 电源为该 SRAM 供电。
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- _: G- f/ D, U! Q/ b$ N5 x借助 CPU 频率下的高速访问（通常在用电池供电的应用中）优势，只要 VBAT 存在，此备份SRAM 就可以用作内部 EEPROM（不带任何附加软件）。
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8 o7 `" f: x  j" s* B3 Z但是，当备份 SRAM 用于其它目的并且/或者应用不使用 VBAT 电源时，片内 Flash（具有特定软件算法）可以用于仿真 EEPROM 存储器。

本应用笔记介绍了使用 STM32F40x/STM32F41x 器件的片上 Flash 通过仿真 EEPROM 机制来取代独立 EEPROM 的软件解决方案。

要实现这种仿真，至少要使用 Flash 中的两个扇区。EEPROM 仿真代码会在扇区填满后，以对用户透明的方式交换数据。

- Z6 ?. G0 B9 S  V$ t! h此应用笔记随附的 EEPROM 仿真驱动程序满足以下要求：
& w7 p, |/ i, _  }  s● 提供简单 API 的轻量级实现，这种 API 由初始化、读写数据和降低存储器占用量三种功能构成。
: u) K6 P! q" `" i4 ^● 简单且可轻松更新的代码模型
● 对用户透明的清除和内部数据管理
8 U& U! W9 x% ^  ^7 j* L3 O. ?$ E● 后台扇区擦除
7 E" q3 [0 Y# q, K/ |! \● 至少使用两个 Flash 扇区，如果需要进行耗损均衡，则需要更多
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" E! `: G7 h6 j要仿真的 EEPROM 大小可在扇区大小的限制范围内随意调整，并允许 EEPROM 使用扇区的最大空间。

- m7 L1 C# \0 l% n& z; V6 [1 外部 EEPROM 与仿真 EEPROM 之间的主要差异
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EEPROM 是许多需要非易失性数据存储的嵌入式应用的关键组件，它在运行期间以字节或字为粒度。

这些系统中使用的微控制器通常是基于嵌入式 Flash 存储器的。为了避免使用这些组件、节约 PCB 空间并降低系统成本，可使用 STM32F41x Flash 代替外部 EEPOM，模拟代码和数据的存储。

/ M+ K( @" O% S但是与 Flash 不同的是，外部 EEPROM 在重写数据之前并不需要执行擦除操作来释放空间。要将数据存储到嵌入式 Flash 中，需要执行特殊的软件管理。
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5 j; h4 f3 i- }3 d2 L5 }这种仿真软件机制由许多因素决定，包括 EEPROM 可靠性、所使用的 Flash 的架构以及产品要求等。
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对于使用相同 Flash 技术的任何微控制器（不局限于 STM32F40x/STM32F41x 系列产品），嵌入式 Flash 和外部串行 EEPROM 之间的主要差异完全一致。表 1 中汇总了这些主要差异。

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1.1 写访问时间上的差异

由于 Flash 的写访问时间较短，所以对于一些关键参数，在仿真 EEPROM 中的存储速度要比在外部串行 EEPROM 中更快，从而可以改善数据存储。

1.2 擦除时间上的差异

擦除时间方面的差异是独立 EEPROM 与使用嵌入式 Flash 的仿真 EEPROM 之间的另一个重大差异。与 Flash 不同，EEPROM 在写之前不需要执行擦除操作来释放空间。这就意味着必须执行某种形式的软件管理，才能将数据存储到 Flash 中。此外，由于 Flash 中的块擦除过程需要较长时间，所以在设计 Flash 管理软件时，应注意考虑可能会中断擦除过程的电源关闭和其它一些意外事件（例如复位）。要设计强大的 Flash 内存管理软件，必须透彻了解 Flash 擦除过程。

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注： 即使 CPU 复位，也不会中断正在对 STM32F40x/STM32F41x 嵌入式 Flash 执行的扇区擦除或批量擦除操作。

1.3 写方法上的相似之处

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外部 EEPROM 与具有 STM32F40x/STM32F41x 嵌入式 Flash 的仿真 EEPROM 之间的一个相似之处是写方法。

● 独立外部 EEPROM：一旦 CPU 启动后，字的写操作便不能被 CPU 复位中断。只有供电故障才会中断写过程，因此正确设置去耦电容的大小可以保护独立 EEPROM 中的整个写过程。

● 使用嵌入式 Flash 仿真的 EEPROM：由 CPU 启动后，写过程可由电源故障中断。即使CPU 复位，也不会中断正在对 STM32F40x/STM32F41x 嵌入式 Flash 执行的字写入操作。EEPROM 算法会停止，但是当前的 Flash 字写入操作不会因 CPU 复位中断。

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