延長EEPROM使用壽命的方法
正是由于EEPROM具有以上特點(diǎn)，該器件可廣泛應(yīng)用于對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全性及可靠性要求高的應(yīng)用場(chǎng)合，如門禁考勤系統(tǒng)，測(cè)量和醫(yī)療儀表，非接觸式智能卡，稅控收款機(jī)，預(yù)付費(fèi)電度表或復(fù)費(fèi)率電度表、水表、煤氣表以及家電遙控器等應(yīng)用場(chǎng)合。該類型存儲(chǔ)器在可靠數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域會(huì)獲得越來越廣泛的應(yīng)用。
但是，EEPROM有固定的使用壽命，這是指某一位由1寫為O或由O寫為1的次數(shù)。不同廠家的產(chǎn)品，相同廠家不同型號(hào)、系列的產(chǎn)品，它們的壽命也不盡相同，100萬次為常見主流產(chǎn)品。假若某EEPROM壽命為100萬次，每秒擦寫一次，則其使用時(shí)間為1000000／(3600×24)=12天。這對(duì)于需要較長時(shí)間保存數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)合，顯然不滿足要求。
1 延長EEPROM壽命的方法
一般應(yīng)用中，要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)比較單一，EEPROM空間與要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)相比要大得多。為此，可采用一種利用存儲(chǔ)器空間延長EEPROM工作壽命的方法。
方法l：不固定數(shù)據(jù)存放的地址，而是用一個(gè)固定的基地址加上EEPROM內(nèi)的一個(gè)單元的內(nèi)容(即偏移地址)作為真正的地址；若發(fā)現(xiàn)存儲(chǔ)單元已壞(寫入和讀出的內(nèi)容不同)，則偏移地址加1，重新寫入。如果采用100倍的存儲(chǔ)器空間冗余，可將EEPROM的實(shí)際壽命延長100倍。
方法2：從第一個(gè)存儲(chǔ)單元開始存儲(chǔ)數(shù)據(jù)N次，然后轉(zhuǎn)到下一個(gè)單元再存N次，依次類推，當(dāng)最后一個(gè)單元存放N次之后，再轉(zhuǎn)到第一個(gè)單元重新開始。本文推薦采用該法，因?yàn)樯弦环N方法存在一個(gè)致命缺陷：當(dāng)某一個(gè)EEPROM單元寫壞再用下一個(gè)單元時(shí)，原先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)就讀不出來了。本文后面的內(nèi)容也依此作根據(jù)進(jìn)行闡釋。
2 EEPROM數(shù)據(jù)儲(chǔ)存地址的確認(rèn)
嵌入式系統(tǒng)中的EEPROM電源消失后，儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)依然存在。確認(rèn)數(shù)據(jù)所存地址是能夠正確將所存數(shù)據(jù)讀出的基本條件，但是掉電后再上電時(shí)如何確認(rèn)數(shù)據(jù)的地址指針呢?可以采用以下的方法。
2．1 找最大數(shù)據(jù)法
查找EEPROM中的最大數(shù)據(jù)，就是掉電前最后一次存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。該法對(duì)于單片機(jī)來講，編程時(shí)程序量較大，可采用折半查找法或分塊查找法降低程序代碼量。
2．2用后還原法
循環(huán)將當(dāng)前數(shù)據(jù)寫入EEPROM后，立即將前面的EEPROM空間都清0再上電，查找數(shù)據(jù)非0的EEPROM空間即可。有的單片機(jī)要求在寫入數(shù)據(jù)之前，必須將所有空間都恢復(fù)為OxFF，這樣查找非0xFF的數(shù)據(jù)空間即可。
2．3地址指針法
為每一個(gè)數(shù)據(jù)在EEPROM中設(shè)一個(gè)地址指針EE—ADR[i]，這樣只要確認(rèn)EEADR[i]數(shù)值即可找到相應(yīng)數(shù)據(jù)。對(duì)于地址指針法有下述一些技巧。
①一個(gè)地址指針對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)。該方法思路簡單，假設(shè)EEPROM空間可以存放50組數(shù)據(jù)和50個(gè)地址ADR[i]，一組數(shù)據(jù)占用4個(gè)字節(jié)，一個(gè)地址占用1個(gè)字節(jié)，共250字節(jié)，在儲(chǔ)存數(shù)據(jù)時(shí)，使50個(gè)地址指向50組數(shù)據(jù)的首地址，且使小于變量i的ADR[i]都清零，或重新賦值為0xFF。查找數(shù)據(jù)時(shí)，找到非O或非0xFF的ADR[i]，然后根據(jù)ADR[i]的值來確定數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存地址即可。
②用兩個(gè)變量來記錄數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的地址，ADDR一0LD和ADDILNEW分別標(biāo)志當(dāng)前數(shù)據(jù)讀出時(shí)的地址和新采集來的數(shù)據(jù)下一次要存儲(chǔ)的地址。
③用一個(gè)字節(jié)的EEPROM空間作為地址指針。此時(shí)，地址指針的數(shù)值總是和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的地址值相等，此種情況最具有技巧性，因?yàn)榇藭r(shí)可以使用最少的地址指針，因而可以最大量的節(jié)省。EEPROM空間，從而延長EEP—ROM壽命。此方法的思路是：假設(shè)第O字節(jié)作為地址指針，當(dāng)該指針值為1時(shí)，數(shù)據(jù)從第一個(gè)地址開始儲(chǔ)存；為2時(shí)，數(shù)據(jù)從第二個(gè)地址開始儲(chǔ)存，依此類推。
3 應(yīng)用實(shí)例
本人在設(shè)計(jì)智能流量儀表時(shí)，使用美國Microchip公司的PIC16F877單片機(jī)。該單片機(jī)本身自帶有256字節(jié)的EEPROM，其擦寫次數(shù)典型值為100萬次，主要用其儲(chǔ)存累計(jì)流量和儀表系數(shù)。其中，第201～255字節(jié)用于存儲(chǔ)儀表系數(shù)，因其不需要經(jīng)常操作，所以對(duì)這些數(shù)據(jù)不再采用變地址動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)。第0字節(jié)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的地址指針，第1～200字節(jié)用來儲(chǔ)存累計(jì)量。
對(duì)于累計(jì)量，可以采用浮點(diǎn)數(shù)儲(chǔ)存，只占用3～4個(gè)字節(jié)，目的在于用固定的字節(jié)長度可以保證相同的相對(duì)精度。
智能流量儀表常年不停地工作，短時(shí)間內(nèi)的流量相對(duì)總的流量而言，可以忽略不計(jì)。因此，為了使單片機(jī)的EEPROM壽命更長，過一個(gè)時(shí)間片段(例如10s)儲(chǔ)存一次累計(jì)量也可以滿足精度要求。假若出現(xiàn)停電事故，累計(jì)量只有10s的流量誤差，相對(duì)總量可以滿足精度要求。該策略可使EEPROM延長10倍壽命。
因本例采用O字節(jié)來記錄數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)地址，若數(shù)據(jù)每存儲(chǔ)一次就換一個(gè)地址，則200字節(jié)可以存200／4=50個(gè)位置，相當(dāng)于儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的EEPROM空間擦寫一次，第O字節(jié)就擦寫50次，因此，第O字節(jié)的壽命是其他的1／50，這顯然不可行。故可以采用如下方式：在第一個(gè)地址儲(chǔ)存50次以后再換下一個(gè)地址儲(chǔ)存，到最后一個(gè)地址也儲(chǔ)存50次再轉(zhuǎn)到第一個(gè)地址儲(chǔ)存時(shí)，這樣所有的EEPROM空間使用次數(shù)都相等。
儲(chǔ)存累計(jì)量流程圖如圖1所示。
pass：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之前程序循環(huán)的次數(shù)，它表征多長時(shí)間儲(chǔ)存一次數(shù)據(jù)。
save_adr：數(shù)據(jù)在EEPROM中的存儲(chǔ)地址。
save_time：某數(shù)據(jù)在同一地址存儲(chǔ)的次數(shù)。
eeprom_write(eeadr，value)：EEPROM寫函數(shù)。
下面是該流程對(duì)應(yīng)的程序(采用澳大利亞HI—TECH公司的PICC demo編譯器)。
if(save_time>50)//存50次后移一位EEPROM地址
{save_time=0;clrwdt();
save_adr+=4;//累計(jì)量用4個(gè)字節(jié)儲(chǔ)存
if(save_adr>197)//只用1~200字節(jié)存儲(chǔ)累計(jì)量{save_adr=1;}
eeprom_write(0,save-adr);//save-adr為所存累計(jì)量地址首字節(jié)
}
eeprom_write(savcl_adr，x[O])；
eeprom_write(save_adr+1，x[1])；
eeprom_write(save_adr+2，x[2])；
eeprom_write(save_adr+3，x[3])；
}
}
4 讀出EEPROM中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)
系統(tǒng)中的EEPROM掉電后，再上電時(shí)從EEPROM讀出數(shù)據(jù)的程序比較簡單。
void Read_Sum_Q(){ ／／讀出掉電前的累計(jì)量
y[O]=eeprom_read(save_adr)；
y[1]=eeprom_read(1+save_adr)；
y[2]_eeprom_read(2+save_adr)；
y[3]=eeprom_read(3+save_adr)；
p2=(float *)y;
Q=*p2;
}
結(jié)語
采用實(shí)例所示的方法，10s存一次可使EEPROM壽命延長10倍，采用50倍的EEPROM空間冗余，又使其奉命延長50倍，這樣具有1000000次壽命的EEPROM可以不間斷工作時(shí)間為10×50×1000000/（3600×24×365）=15.85年，基本可以滿足各種嵌入式系統(tǒng)的工作要求，大大提高了EEPROM的使用效率。因此，本文介紹的方法在相關(guān)領(lǐng)域具有廣泛的借鑒意義和實(shí)用價(jià)值。
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