文件系統(tǒng)在EEPROM中的應(yīng)用

摘要: 介紹文件系統(tǒng)在Atmel公司的EEPROM芯片AT24C512中的應(yīng)用。本文主要針對(duì)嵌入式Linux系統(tǒng)，通過編寫EEPROM的塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，并格式化為相應(yīng)的文件系統(tǒng)，從而達(dá)到按文件方式存取EEPROM的目的。

關(guān)鍵詞: EEPROM; AT24C512； Linux； 文件系統(tǒng)

引言

　　在嵌入式系統(tǒng)中，EEPROM憑借使用簡單、性能可靠、價(jià)格低廉的特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于小量而又重要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域。目前，嵌入式產(chǎn)品層出不窮，應(yīng)用繁多，相應(yīng)的EEPROM隨之出現(xiàn)。其中，兩線EEPROM因其引腳少、封裝小得到廣泛應(yīng)用。本文主要針對(duì)兩線EEPROM AT24C512來創(chuàng)建文件系統(tǒng)，當(dāng)然也適用于其他同類產(chǎn)品。

1  AT24C512簡介[1]

　　AT24C512是Atmel公司生產(chǎn)的串行電可擦的可編程存儲(chǔ)器。它采用8引腳封裝，具有可掉電記憶、結(jié)構(gòu)緊湊、64 KB存儲(chǔ)容量等特點(diǎn)，可以在2線總線上并接多片芯片，適用于具有較大容量重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求的嵌入式系統(tǒng)。

1.1  封裝及引腳介紹

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圖1  AT24C512引腳圖

　　AT24C512有多種封裝：TSSOP、PDIP、SOIC、dBGA2、SAP等。其引腳順序如圖1所示。

A0,A1：設(shè)備地址。當(dāng)串行總線上掛接多片EEPROM芯片時(shí)，用這個(gè)地址來區(qū)分各芯片。
SDA：串行數(shù)據(jù)。
SCL：串行時(shí)鐘。
WP：寫保護(hù)。低電平寫允許，高電平寫禁止。
VCC：電源。
GND：地。
NC：懸空。

1.2  芯片操作簡介

(1) 設(shè)備尋址（device addressing）

　　在讀寫EEPROM前，需要一個(gè)開始標(biāo)志和一個(gè)8位的設(shè)備地址去尋址。其設(shè)備地址格式如下：

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　　其中，最后一位為讀寫操作位，1表示讀操作，0表示寫操作。[!--empirenews.page--]

(2) 寫操作

　　AT24C512提供字節(jié)寫和128字節(jié)頁寫功能。字節(jié)寫與頁寫操作主要區(qū)別在于：后者不需要每寫入一字節(jié)就提供一個(gè)結(jié)束標(biāo)志，而是在處理器得到應(yīng)答信號(hào)后繼續(xù)寫入數(shù)據(jù)，直到寫完小于等于一頁的數(shù)據(jù)。字節(jié)寫和頁寫的操作如圖2和圖3所示。

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圖2字節(jié)寫操作

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圖3頁寫操作

(3) 讀操作

　　AT24C512的讀操作有多種模式，包括當(dāng)前地址讀、隨機(jī)地址讀和連續(xù)多字節(jié)讀3種方式。讀操作基本與寫操作同。當(dāng)前地址讀操作不發(fā)送片內(nèi)地址，每次只讀取當(dāng)前地址的數(shù)據(jù)，片內(nèi)讀地址自動(dòng)加1，直到讀完整片EEPROM后置0。隨機(jī)地址讀操作需先指定片內(nèi)地址，然后讀出數(shù)據(jù)。而連續(xù)多字節(jié)讀操作則綜合了上述兩種方式，既可以是當(dāng)前地址讀，也可以是隨機(jī)地址讀。每當(dāng)處理器接收到一字節(jié)數(shù)據(jù)后返回一個(gè)ACK，EEPROM收到此ACK后地址自動(dòng)加1，接著輸出下一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，直到控制器返回NO ACK時(shí)，讀過程結(jié)束。

2  AT24C512與主控芯片的連接

　　采用Atmel公司的工控芯片AT91RM9200[2]作為主控芯片。AT91RM9200有專用兩線接口，可用來連接AT24C512。AT24C512與主控芯片的連接如圖4所示。

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圖4  AT24C512與主控芯片的連接電路

　　由于AT91RM9200內(nèi)部有兩線控制器，因此對(duì)AT24C512的訪問只需操作AT91RM9200的內(nèi)部寄存器，而無需人為模擬AT24C512的訪問時(shí)序。這為編程提供了方便，同時(shí)也保證了可靠性。這里以寫操作的流程為例，簡要介紹在主控芯片AT91RM9200下如何對(duì)AT24C512進(jìn)行編程，如圖5所示。

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圖5  寫流程

3  Linux塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)

3.1  Linux塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型[3]

　　在Linux系統(tǒng)中（本文使用Linux內(nèi)核2.6.28），設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通常有固定的模式，既為編寫具體的驅(qū)動(dòng)程序提供了方便，也減少了錯(cuò)誤的發(fā)生。在編寫塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，首先用register_blkdev注冊(cè)塊設(shè)備，之后分配處理函數(shù)。處理函數(shù)主要包括：request函數(shù)，當(dāng)有讀寫操作時(shí)內(nèi)核會(huì)調(diào)用該函數(shù)；open函數(shù)，用于打開設(shè)備；release函數(shù)，用于釋放設(shè)備；ioctl函數(shù)，用于查詢或設(shè)置一些信息。最后向內(nèi)核注冊(cè)磁盤。在這個(gè)過程中，最重要的一個(gè)結(jié)構(gòu)是struct gendisk。上述所描述的處理函數(shù)都被寫入該結(jié)構(gòu)體，將該結(jié)構(gòu)體必要的字段賦值后，就可使用add_disk將該結(jié)構(gòu)體添加入內(nèi)核。此時(shí)，磁盤設(shè)備將被激活，并隨時(shí)會(huì)調(diào)用它提供的方法。[!--empirenews.page--]

3.2  在塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)中訪問EEPROM

　　為了訪問EEPROM，就需要將對(duì)EEPROM的操作與塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)關(guān)聯(lián)起來。首先是在塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)初始化代碼中調(diào)用at91_twi_init對(duì)EEPROM進(jìn)行初始化，然后在塊設(shè)備傳輸函數(shù)block_transfer中調(diào)用AT91_TWI_Read和AT91_TWI_Write進(jìn)行讀寫操作，這樣就使得塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)和EEPROM關(guān)聯(lián)起來了。

　　為了提高效率，在對(duì)EEPROM寫操作時(shí)采用頁寫模式。這里要注意的是，需要對(duì)寫入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，因?yàn)锳T24C512 提供的是128字節(jié)頁寫功能，如果多于128字節(jié)，需分成128字節(jié)的倍數(shù)。同時(shí)注意，在一次寫結(jié)束時(shí)，應(yīng)等待1個(gè)寫周期時(shí)間，再進(jìn)行其他的操作；在進(jìn)行讀操作時(shí)，為了提高效率，應(yīng)采用連續(xù)多字節(jié)讀方式。

4  建立文件系統(tǒng)

　　為了按文件方式存取EEPROM，在塊設(shè)備之上建立文件系統(tǒng)是必要的。由于AT24C512只有64 KB的容量，建立文件系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該選擇本身占用空間少的文件系統(tǒng)。當(dāng)然這要根據(jù)具體需求來作出決定。

　　下面以msdos、minix、ext2文件系統(tǒng)為例作個(gè)比較。首先分別使用mkdos、mkfs.minix、mke2fs 對(duì)塊設(shè)備格式化，并掛載到某個(gè)目錄下。在未寫入任何文件數(shù)據(jù)的情況下，其結(jié)果如表1所列。

表1  文件系統(tǒng)對(duì)比
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　　AT24C512 EEPROM只有64 KB容量，相比磁盤等大容量的存儲(chǔ)設(shè)備，除穩(wěn)定性外，最主要考慮的是有效空間利用率。從表1中可以看出，在這3種文件系統(tǒng)中，msdos文件系統(tǒng)的空間利用率要高一些，minix文件系統(tǒng)次之，ext2文件系統(tǒng)最低。但是msdos文件系統(tǒng)的缺點(diǎn)是只支持8.3格式的文件名，而minix文件系統(tǒng)支持的文件名最多為14個(gè)字符，ext2文件系統(tǒng)支持的文件名長度則高達(dá)255個(gè)字符。當(dāng)然，實(shí)際采用何種文件系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)具體要求來作出選擇。

5  結(jié)論

　　由于AT24C512這類串行EEPROM本身固有的特性，在寫入和讀取文件操作時(shí)，其響應(yīng)速度要低于NOR Flash、NAND Flash等存儲(chǔ)設(shè)備。盡管如此，EEPROM也有其優(yōu)勢(shì)，目前仍然大量應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。在EEPROM上建立文件系統(tǒng)，給存取帶來了極大的便利，也大大地簡化了應(yīng)用程序的編寫。