在講解這篇博文前，首先要明白為什么使用Flash存儲來模擬EEPROM？

主要有以下幾個原因：

• 成本效益：許多微控制器(MCU)和系統(tǒng)芯片(SoC)內(nèi)置有Flash存儲，但沒有專門的EEPROM。使用已有的Flash存儲模擬EEPROM可以減少額外硬件成本。

• 更大的存儲容量：通常，F(xiàn)lash存儲提供比EEPROM更大的存儲容量。這使得在沒有犧牲太多物理空間的情況下可以存儲更多數(shù)據(jù)。

• 靈活性和可擴展性：通過軟件，可以靈活地設(shè)計和調(diào)整EEPROM模擬的大小和結(jié)構(gòu)，以適應不同的應用需求。這種方法比使用固定大小的物理EEPROM更具可擴展性。

• 數(shù)據(jù)持久性：盡管Flash存儲的寫入次數(shù)有限，但它仍然能夠提供足夠的耐用性來滿足大多數(shù)應用的需要。通過適當?shù)臄?shù)據(jù)管理，可以最大限度地延長Flash存儲的壽命。

• 數(shù)據(jù)保護和安全性：許多現(xiàn)代微控制器提供了Flash存儲的安全功能，如寫入保護、加密等，這有助于保護存儲在Flash中的數(shù)據(jù)不被未經(jīng)授權(quán)訪問。

• 易于編程和集成：使用Flash存儲來模擬EEPROM可以充分利用現(xiàn)有的Flash編程工具和技術(shù)，同時也簡化了硬件設(shè)計。

在使用Arduino開發(fā)時，有個內(nèi)置庫可以使用Flash模擬EEPROM，極大方便了嵌入式數(shù)據(jù)存儲的開發(fā)。

如果使用庫函數(shù)，只是知道調(diào)用API，很難理解Flash模擬EEPROM的原理和方法，本篇博文將以AT32F413（flash：256KB）這款MCU為例，詳細介紹如何使用Flash模擬EEPROM。

實現(xiàn)代碼：https://download.csdn.net/download/m0_38106923/88717668

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FLASH與EEPROM簡介

FLASH和EEPROM都為非易失性存儲器，在斷電后數(shù)據(jù)仍然可以長期保存，這為FLASH模擬 EEPROM提供了條件，F(xiàn)LASH與EEPROM特點對比如下表所示：

FLASH模擬EEPROM優(yōu)點：  

• 低成本：可節(jié)約一顆EEPROM芯片；  

• 存儲、讀取速度快：通訊速度快于使用I2C或者SPI通訊的EEPROM元件；  

• 抗干擾能力強：由于FLASH在單片機內(nèi)部，不會存在通訊總線被外部干擾的問題；  

• 容量可調(diào)：可根據(jù)實際使用，靈活調(diào)整存儲空間大小。

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FLASH模擬EEPROM原理

2.1、EERPOM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

由于FLASH在寫入數(shù)據(jù)前，需要將FLASH數(shù)據(jù)先擦除為0xFF，而FLASH擦除時通常為扇區(qū)擦除，例如AT32F403A的扇區(qū)大小為2K字節(jié)，這個特性決定了不能簡單將舊數(shù)據(jù)擦除然后寫新數(shù) 據(jù)，因為這樣會導致存儲在這個扇區(qū)內(nèi)的其他數(shù)據(jù)也被擦除，并且也會導致FLASH頻繁擦除而降低 其使用壽命。  

所以FLASH模擬EEPROM的思路是：

• 新數(shù)據(jù)存儲不影響舊數(shù)據(jù)； 

• 盡量減少FLASH擦除次數(shù)，延長FLASH使用壽命。  

基于以上的考慮，我們設(shè)計了以下存儲結(jié)構(gòu)：

EERPOM結(jié)構(gòu)

EEPROM由兩個頁組成：頁0和頁1，在使用的時候，1個頁處于有效狀態(tài)，另外一個頁處于擦除 狀態(tài)，讀取或者寫入數(shù)據(jù)都在有效狀態(tài)的頁進行。  

數(shù)據(jù)格式  

存儲的數(shù)據(jù)格式為數(shù)據(jù) + 數(shù)據(jù)地址，地址和數(shù)據(jù)都是16位方式存儲，每一次存儲占用32位也就是 4個字節(jié)。圖中data列為數(shù)據(jù)，data address列為數(shù)據(jù)地址，flash address列為數(shù)據(jù)存儲的實際 flash地址偏移量。例如上圖中頁0的flash address=12處，數(shù)據(jù)為0x3003，數(shù)據(jù)地址為0x0002。  

頁狀態(tài)標志  

在第一個數(shù)據(jù)存儲區(qū)，存儲頁狀態(tài)標志status，頁狀態(tài)標志有3種：  

• 有效狀態(tài)：EE_PAGE_VALID，status = 0x0000，讀取和寫數(shù)據(jù)在此頁進行；  

• 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移狀態(tài)：EE_PAGE_TRANSFER，status = 0xCCCC，另外一頁滿了，正在傳輸有效數(shù) 據(jù)到本頁；  

• 擦除狀態(tài)：EE_PAGE_ERASED，status = 0xFFFF。  數(shù)據(jù)寫入  每一次寫入數(shù)據(jù)前，都會從頁起始地址開始尋找第一個未存儲數(shù)據(jù)的區(qū)域（值為0xFFFFFFFF），然后將待寫入的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)地址寫到未存儲數(shù)據(jù)的區(qū)域。例如上圖中頁0的flash address = 20處，值 為0xFFFFFFFF，就是第一個未存儲數(shù)據(jù)的區(qū)域。  

當知道了頁的大小后，就可以算出最大的變量存儲個數(shù)：頁容量/4-1。例如當頁大小為1K時，最大 可存儲的變量數(shù)量為1024/4-1=255。需要注意的是，在實際使用中，應該盡量留出較多的空閑容 量，這樣可以減小FLASH擦除次數(shù)，提高FLASH壽命。 

另外數(shù)據(jù)地址不可以超過最大能存儲的變量數(shù)量，例如當頁大小為1K時，最大可存儲的變量數(shù)量為 1024/4-1=255，那么數(shù)據(jù)地址data address不可以大于255。

數(shù)據(jù)讀取  

每一次讀取數(shù)據(jù)都會從頁結(jié)束地址開始向前尋找最后一個存儲的有效數(shù)據(jù)，例如現(xiàn)在要讀取地址為 0x0000的數(shù)據(jù)。從上圖中看到flash address = 4和flash address = 16都是地址為0x0000的數(shù) 據(jù)，因為最后一次存儲的數(shù)據(jù)為flash address = 16處的數(shù)據(jù)，所以此時讀取地址0x0000的數(shù)據(jù)為 0x1234。  

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移  

當一頁數(shù)據(jù)存滿了之后，會將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇臻e頁，將會執(zhí)行以下操作（以頁0滿，頁1空為例）：  

• 將頁1狀態(tài)標記為數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)（EE_PAGE_TRANSFER）；  

• 將所有有效數(shù)據(jù)復制到頁1；  

• 擦除頁0；  

• 將頁1狀態(tài)標記為有效狀態(tài)（EE_PAGE_VALID）。

EEPROM寫入流程如下所示：

2.2、EERPOM物理結(jié)構(gòu)

實現(xiàn)的EEPROM結(jié)構(gòu)如下圖所示，一個頁可以由1個或者多個扇區(qū)組成，可以根據(jù)實際應 用靈活的選擇扇區(qū)數(shù)量，扇區(qū)數(shù)量越多，可以存儲的數(shù)據(jù)量就越多。通常EEPROM存儲區(qū)定義在整 個FLASH末尾，這樣程序的燒錄、執(zhí)行和EEPROM區(qū)域互不影響。