實(shí)例分析MCU的Data Flash訪(fǎng)問(wèn)控制

　　筆者在家用火災報警系統項目的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，在進(jìn)行主從機通訊和從機自身任務(wù)處理時(shí)，需要經(jīng)常與從機MCU進(jìn)行運行數據的存取。過(guò)去傳統的方法是在MCU上外掛EEPROM或將MCU內部的部分存儲單元專(zhuān)門(mén)劃分出來(lái)，以存取運行數據。這兩種方法的不利之處是：外掛EEPROM需要增加MCU與EEPROM的讀寫(xiě)接口，增加了MCU的管腳負擔，減慢了數據的讀寫(xiě)速度的同時(shí)還增加了功耗；專(zhuān)門(mén)為運行數據劃分存儲單元則減少了程序代碼的存儲空間，同時(shí)存儲空間的讀寫(xiě)、擦除等操作會(huì )比較麻煩，另外還要非常小心，以防擦掉了有用的程序代碼。

　　瑞薩RL78系列MCU內嵌2KB的DATA FLASH，省去了用戶(hù)單獨外擴數據FLASH的麻煩。RL78系列MCU還支持BGO操作，程序指令在DATA FLASH讀寫(xiě)時(shí)仍可正常執行。其對DATA FLASH存儲單元的寫(xiě)操作壽命高達1百萬(wàn)次以上，非常適合于需要頻繁存取數據的應用場(chǎng)合。

　　與有些半導體廠(chǎng)商的控制芯片不同，瑞薩并沒(méi)有直接將DATA FLASH的讀寫(xiě)操作完全開(kāi)放給用戶(hù)，而是提供了一套叫做PFDL（Pico Data Flash Library，即微型數據閃存訪(fǎng)問(wèn)庫）的軟件接口，來(lái)實(shí)現對閃存系統的操作。用戶(hù)使用時(shí)只需要調用相應的庫函數即可進(jìn)行DATA FLASH的讀寫(xiě)、校驗、擦除等操作，而不必關(guān)心底層驅動(dòng)函數的具體實(shí)現方式。這在很大程度上方便了用戶(hù)程序的設計，縮短了開(kāi)發(fā)周期。

　　1）DATA FLASH結構和PFDL

　　RL78的存儲結如圖1所示。其中Data Flash memory物理地址為F1000H-F17FFH，被分成了兩個(gè)BLOCK區，每個(gè)BLOCK區1KB，共2KB。

　　圖1：瑞薩RL78系列MCU的存儲結構

　　PFDL由表1所示的庫文件組成。

　　表1：PFDL庫文件

　　2）Data Flash的存儲結構和使用方法

　　首先有必要將RL78系列MCU關(guān)于DATA FLASH操作的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明。RL78系列DATA FLASH的擦除操作只能以BLOCK為單位，不支持單字或單字節擦除。所以當有一項長(cháng)度為若干字節的數據要寫(xiě)入DATA FLASH時(shí)，不可能將數據每次都寫(xiě)入固定的物理地址所對應的存儲單元中，而是必須在新的空存儲單元中寫(xiě)入。這就意味著(zhù)用戶(hù)在設計DATA FLASH的存儲結構時(shí)，必須有尋址功能。

　　RL78系列DATA FLASH同一時(shí)刻只能有1個(gè)BLOCK處于激活狀態(tài)，是有效的，此時(shí)另一個(gè)BLOCK不可訪(fǎng)問(wèn)，是無(wú)效的。習慣上，我們常將DATA FLASH的一個(gè)BLOCK稱(chēng)為一頁(yè)，當一個(gè)有效頁(yè)被寫(xiě)滿(mǎn)數據時(shí)，要想繼續寫(xiě)入數據的話(huà)，則只能在下一頁(yè)中寫(xiě)入，同時(shí)還需要將前一頁(yè)中有用的其他數據項拷貝到下一頁(yè)中，并將下一頁(yè)標記為當前的有效頁(yè)，將上一頁(yè)標記為無(wú)效頁(yè)，即必須有DATA FLASH的頁(yè)標記和導頁(yè)機制。

　　為此，筆者將整個(gè)DATA FLASH分成兩頁(yè)（每個(gè)BLOCK自然形成一頁(yè)，兩頁(yè)交替使用），每頁(yè)的起始地址作為頁(yè)標記單元，見(jiàn)表2。每次進(jìn)行DATA FLASH操作前應先讀取該標記單元來(lái)確認當前有效頁(yè)。

表2：頁(yè)標記

　　如前所述，各種數據項同時(shí)在DATA FLASH中存在時(shí)，其存儲地址是不固定的，如不加以區分，將不能識別數據，所以為實(shí)現DATA FLASH的尋址功能，我們引入數據項索引的概念。在每頁(yè)DATA FLASH中，將存儲單元一分為二，上半部分用于存放數據項索引，數據項索引用于在DATA FLASH中區別各種不同的數據項，并指示其代表的數據項在DATA FLASH中存儲的相對地址。下半部分用于存放各種數據項。

　　為進(jìn)一步描述的方便，我們不妨舉例說(shuō)明，假設用戶(hù)有A、B、C、D四種數據項需要在DATA FLASH中存取，每種數據項的數據長(cháng)度分別為1、2、3、4字節，其定義如表3所示。

　　表3：數據項定義

　　一個(gè)典型的DATA FLASH存儲結構的例子如圖2所示。頁(yè)標記占用每頁(yè)的相對起始地址單元。相對地址0x0001~0x01FF定義為數據項索引區，每個(gè)數據項索引包含3個(gè)字節，分別是數據項索引、索引數據地址低字節、索引數據地址高字節。相對地址0x0200~0x03FF定義為數據項存儲區。

　　向DATA FLASH寫(xiě)入數據時(shí)，先找到當前有效頁(yè)，然后在當前頁(yè)中查找是否有可供寫(xiě)入數據的數據存儲空間和索引空間。查找時(shí)可采取自上而下的查找順序，先分別從每頁(yè)數據項索引區和數據項存儲區的相對起始地址開(kāi)始查找空白單元，若有滿(mǎn)足該數據項存儲要求的連續空白存儲單元，則調用寫(xiě)FLASH庫函數將數據項索引和數據項寫(xiě)入該存儲空間。

　　圖2：DATA FLASH存儲結構

　　從DATA FLASH讀取數據時(shí)，先找到當前有效頁(yè)，然后在當前頁(yè)中查找所要讀取的數據位于何處，即尋址。查找時(shí)應采取自下而上的查找順序（可確保每次查找到的是該種數據項的最新數據），從每頁(yè)數據項索引區的相對結束地址開(kāi)始查找數據項索引，若索引匹配則表明數據項找到，若未找到匹配索引則表明要讀取的數據項未找到（未寫(xiě)入DATA FLASH），可設計函數返回不同值來(lái)表示是否找到數據項。當索引匹配時(shí)，讀出存儲在索引數據地址單元中的數據項地址，調用讀FLASH庫函數讀出數據項即可。

　　3）總結

　　使用上述DATA FLASH存儲結構和存取規則，實(shí)現了數據存儲的可尋址和頁(yè)交替，比較充分的利用數據存儲空間。另外，數據項索引區和數據項存儲區的劃分并不一定要各占一半存儲空間，而應根據實(shí)際的各種數據項長(cháng)度來(lái)選擇優(yōu)化，當每種數據項字節數較多時(shí)，可適當增加數據項存儲區的空間，避免存儲空間浪費。為了使數據存儲更加可靠，可使用數據的三備份存儲機制：實(shí)際存儲的每個(gè)數據項，均按順序地址依次進(jìn)行三備份存儲，讀取時(shí)必須有兩個(gè)備份相同才能確認數據有效。