MC9S08QG8(以下簡稱QG8)是Freeseale公司于2006年推出的一款HCS08系列MCU。HCS08系列MCU是HC08系列的升級，具有更高的總線頻率和更低的工作電壓。QG8總線頻率可以達到10 MHz，工作電壓可以低至1．8 V，尤其是QG系列MCU采用了新型的Flash存儲器(HCS08系列MCU的典型型號為MC9S08GB／GT系列MCU，F(xiàn)lash編程擦除可使用2．7 V電壓，QG系列MCU工作在1．8 V時即可以對Flash進行操作)。同時低功耗也是QG系列MCU的一大特點。通過降低主頻，在總線頻率為1 MHz、供電電壓2 V、溫度125℃的情況下正常工作，典型的芯片電流僅有370μA。而如果進入待機模式，典型的芯片電流則低于1 μA，這些特點使得QG8非常適合使用在電池供電的設備中。
EEPROM是Flash存儲技術成熟之前常用的存儲器，它與Flash均可作為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。但由于EEPROM本身容量和成本的限制，目前大多數(shù)MCU都采用Flash作為存儲器。用戶可以在Flash中存儲設置參數(shù)、校準參數(shù)、保密數(shù)據(jù)等信息。由于Flash存儲區(qū)的最小擦除單位是頁(QG8一頁為512字節(jié))，若存儲數(shù)據(jù)長度小于一頁，則每次寫入或修改數(shù)據(jù)都必須進行一次頁
擦除操作，該頁中沒有用到的空間就浪費了。相對而言，EEPROM就不存在這個問題，它可以基于字節(jié)進行寫入和擦除。部分HC08系列MCU(如MC68HC908JL8)為了解決這個問題，在其監(jiān)控ROM中提供了虛擬EEP一ROM的例程供用戶使用。但是QG8不具有監(jiān)控ROM，也就無法提供類似的功能，本文在QG8擦除／寫入Flash的基礎上，給出虛擬EEPROM的實現(xiàn)機制和用戶接口，實現(xiàn)按字節(jié)“寫”Flash存儲區(qū)的功能，提高Flash存儲器的使用效率及壽命。
1 設計思路
使用Flash模擬EEPROM實現(xiàn)按字節(jié)讀寫，其思路是將Flash的一頁依據(jù)寫入數(shù)據(jù)的長度分為若干相等的部分。為了方便起見，每一部分稱為一塊，假設劃分為N塊。在寫入前，此頁Flash已擦除完畢，第1次寫入時將數(shù)據(jù)寫入第1塊，當用戶對數(shù)據(jù)修改后重新進行寫入時，數(shù)據(jù)被寫入第2塊，依次類推，如果進行第N+1次寫入，由于該頁最多劃分為N塊，則先執(zhí)行頁擦除，然后將數(shù)據(jù)寫入第1塊中。讀操作相對于寫入操作要簡單得多，因為Flash本身支持按字節(jié)讀操作。
上述操作是在底層實現(xiàn)的，對于上層開發(fā)人員是透明的，上層開發(fā)人員只需要調(diào)用接口函數(shù)EEE_PROG和EEE_READ即可。
2 具體實現(xiàn)
虛擬EEPROM功能的實現(xiàn)以Flash的擦除／寫入為基礎。Flash頁中包含2部分，一部分是虛擬EEPROM的參數(shù)和狀態(tài)信息，稱之為信息區(qū)，另外一部分是實際用來存儲數(shù)據(jù)的存儲區(qū)。信息區(qū)中包含EEPROM首次寫入的數(shù)據(jù)長度和控制寫入的位置信息；存儲區(qū)根據(jù)數(shù)據(jù)長度可以劃分為N個Flash塊，寫入第x個塊時(x≤N)，同時修改信息區(qū)的位置信息。進行擦除和寫入操作時分別將Flash操作代碼放置于RAM中運行。
2．1 FIash擦除／寫入的實現(xiàn)
由于HCS08系列MCU中沒有固化ROM，因此也就不具有HC08系列固化的虛擬EEPROM函數(shù)或Flash擦除／寫入函數(shù)，而直接在Flash中執(zhí)行同一Flash區(qū)的操作會引起不穩(wěn)定的情況。所以借鑒MC68HC908GP32芯片在線編程系統(tǒng)功能的實現(xiàn)機制，將Flash的擦除和寫入函數(shù)先進行編譯，將編譯后的二進制代碼文件(即S19文件)寫入Flash區(qū)域。在調(diào)用該函數(shù)時，先將代碼復制到RAM區(qū)，然后調(diào)用并在RAM區(qū)的入口執(zhí)行相應的Flash操作。為了減少代碼量，使用同一函數(shù)實現(xiàn)了擦除和寫入功能。具體代碼如下：
使用C語言而不是匯編語言編寫這個函數(shù)是因為C語言表達更清晰，另外目前的C編譯器能夠產(chǎn)生高效的匯編代碼。函數(shù)的入口參數(shù)cmd為Flash操作命令，具體命令內(nèi)容及其命令字節(jié)如表1所列；ProgAddr為待操作的Flash的地址，若是擦除操作則為Flash頁內(nèi)或者整個Flash內(nèi)的任意地址；buff-erAddr為緩沖區(qū)首地址；buff-ersize為待寫入的數(shù)據(jù)長度。
2．2 存儲信息區(qū)的設計
存儲信息區(qū)由5個字節(jié)構成。其中第一個字節(jié)為長度信息，記錄的是空白Flash第一次被寫入的數(shù)據(jù)大小。另外四個字節(jié)為寫入控制信息，用來記錄Flash的寫入情況。每次寫入成功后，將該信息區(qū)按從低到高的順序將對應的位由1變?yōu)?。這里需要提到的一點是：Flash被擦除后，每個字節(jié)的數(shù)據(jù)都變?yōu)?xFF，對Flash編程，其實是將Flash中每一位由“1”狀態(tài)變?yōu)椤癘”狀態(tài)，或者保持“1”狀態(tài)。正是利用這一點，控制信息可以記錄當前Flash數(shù)據(jù)的寫入情況。例如，若長度信息為16，則會用到控制信息的31位；若長度信息為63，則僅用到低8位，寫入8次后，若要進行下一次寫入操作，由于該頁剩余的長度僅有3字節(jié)(512—5—63×8)，小于63，所以需要擦除后才能進行。為了減少擦除次數(shù)，這里規(guī)定每次寫入的數(shù)組長度不能超過63，同時由于控制信息位數(shù)的限制，數(shù)字長度至少為16字節(jié)。存儲信息區(qū)的結構如下：
2．3 虛擬EEPROM的實現(xiàn)流程
使用Flash虛擬EEPROM特性存儲數(shù)據(jù)的接口子例程有2個，分別是寫入例程EE_PROG和讀出例程EE_READ。相對而言，讀出例程的實現(xiàn)較為簡單，只需要根據(jù)存儲信息區(qū)的長度信息和位置信息通過簡單的計算就可以獲得。
EE_PROG函數(shù)的流程如圖1所示。其中，需要調(diào)用擦除／寫入函數(shù)ProgEraseFlash，以及確定下次向Flash寫入的具體位置的GetNextPos函數(shù)，該函數(shù)也是虛擬EEP—ROM的重要模塊。
GetNextPos函數(shù)的流程如圖2所示，該函數(shù)返回下次寫入地址信息。
結 語
MC9S08QG8可用手各種便攜式設備和獨立信息采集存儲設備等產(chǎn)品的開發(fā)。采用虛擬EEPROM技術，便可以在需要信息存儲的設備中無需再加入EEPROM。在江蘇畜牧學院“畜牧養(yǎng)殖自動化管控平臺研究”項目中，使用電池供電的信息采集模塊(如溫度、濕度、氣壓、氨氣等模塊)中均采用該型號MCU作為主控MCU，信息數(shù)據(jù)均采用虛擬EEPROM存儲，達到了降低功耗和減少元器件的目標。
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