目錄
??1. FLASH和EEPROM讀寫數據的對比
??2. FLASH模擬EEPROM的原理
??3. FLASH模擬EEPROM的優點
??4. 實戰項目工程代碼
1. FLASH和EEPROM讀寫數據的對比
1.1 擦除操作
- EEPROM通常支持按單字節擦除和寫入，這一特性使其非常適合需要頻繁更新小量數據的應用場景。
- Flash存儲器通常是按塊、扇區、頁擦除的，這意味著即使只更改一個字節的數據，也需要擦除整個扇區或頁。
1.2 寫入速度
- EEPROM的寫入速度通常比Flash快，尤其是在擦除和重新編程單個字節時。
- Flash的寫入速度較慢，特別是在擦除操作期間，因為它涉及到更大的存儲區域。
1.3 寫入次數限制
- EEPROM和Flash都有寫入次數限制，但EEPROM通常設計為能夠承受更多的擦寫循環，通常達到百萬次級別。
- Flash存儲器的擦寫次數限制較低，通常在10,000到100,000次之間;對于頻繁擦寫數據的操作，易造成flash損壞。
1.4 數據保持能力
- EEPROM 的數據保持時間通常較長，一般可達到 20 年以上，這使得它非常適合長期保存關鍵數據的應用場景。
- FLASH 的數據保持時間通常在 10 年左右，雖然也能滿足大多數應用的需求，但相較于 EEPROM 仍略遜一籌。
基本特性對比
| 特性 | FLASH | EEPROM |
|---|---|---|
| 存儲單元結構 | NAND（共享位線，高密度）/ NOR（獨立位線，高速） | 雙晶體管結構（控制柵 + 存儲柵，支持字節操作） |
| 擦除單位 | Block（塊擦除） | Byte（字節級擦除） |
| 寫入速度 | 0.2-10ms/page | 1-10ms/byte |
| 擦除時間 | 1-300ms/block (NOR Flash) | 字節擦除與寫入同時完成（無需單獨擦除步驟） |
| 擦寫次數 | 10K-100K次 | 100K-1M次 |
| 存儲密度 | 高（適合大容量存儲） | 低（適合小數據存儲） |
| 功耗 | 較高（需要高壓擦除） | 較低 |
| 典型應用場景 | 操作系統存儲、文件系統、代碼 / 數據批量存儲 | 配置參數存儲、少量數據頻繁讀寫 |
2. FLASH模擬EEPROM的原理
2.1 劃分區域
- 單片機的 FLASH 通常由多個頁或扇區組成，在寫入數據前，必須按頁或扇區進行擦除操作；
- 可將 FLASH 按頁或扇區劃分為多個區域，其中一個區域用于存儲程序代碼，其他區域則可用于數據存儲，從而實現模擬 EEPROM 的功能;
2.2 擦除和寫數據
- 在首次使用或存儲空間不足時，對模擬 EEPROM 的 FLASH 區域進行整體擦除，并記錄 FLASH 剩余空間大小，其初始值等于分配給模擬 EEPROM 的總空間大小；
- 通過偏移寫地址寫入新的數據，每次寫入后，FLASH 剩余空間大小相應減去寫入數據的長度；
- 當 FLASH 空間即將寫滿或剩余空間不足時，重復執行步驟 1 和步驟 2，即先擦除整個區域，再重新寫入數據；
2.3 磨損均衡技術
- 為了延長 FLASH 的使用壽命，通常會采用磨損均衡技術，將擦寫操作均勻分布到各個塊或扇區，避免某些區域過早損壞。
- 常見的磨損均衡算法有簡單的順序循環、基于計數的動態分配以及更復雜的基于使用頻率的智能分配等。
2.4 數據結構設計
- 為了實現高效的數據管理，通常會設計特定的數據結構，如使用索引表記錄每個數據項的存儲位置和狀態。
- 在寫入新數據時，可以采用追加寫入的方式，而不是直接覆蓋原有數據，從而提高寫入效率并減少擦除次數。
2.5 FLASH讀寫操作示意圖
3. FLASH模擬EEPROM的優點
- 降低設計成本：EEPROM通常提供較小的存儲容量，但單位容量的成本可能較高。Flash存儲器通常提供更大的存儲容量，且單位容量的成本較低;
- 提升寫數據速度:FLASH模擬EEPROM，寫數據前是先整體擦除區域，再對同一個扇區或頁分段寫入數據，寫入過程中不再涉及擦除FLASH操作，提升了寫數據的速度；
- 提高寫數據次數:FLASH擦寫數據是有次數限制的，單個扇區或頁通過偏移地址可多次寫數據后再擦除 FLASH，極大減少了FLASH擦除次數，提高了可寫數據的次數；
- 提高集成度：使用單片機的內置Flash減少了外部組件的數量，簡化了電路設計和布局；
核心優勢對比
| 優勢維度 | 傳統EEPROM | FLASH模擬方案 |
|---|---|---|
| 硬件成本 | 需要獨立芯片 | 復用現有FLASH |
| 存儲容量 | 通常<512KB | 可擴展至MB級別 |
| 系統集成度 | 需要額外接口電路 | 片上集成 |
| 可移植性 | 依賴特定硬件 | 純軟件實現 |
| 功耗表現 | 靜態功耗較高 | 靜態功耗趨近于零 |
4. 實戰項目工程代碼
可使用的flash 軟件模擬EEPROM lib功能庫 ：https://download.csdn.net/download/weixin_43176196/90797265
flash 軟件模擬EEPROM 項目工程程序 ：https://download.csdn.net/download/weixin_43176196/90789413
需將功能模塊 eepromSoft 添加到工程下，并實現 flash讀寫操作.具體應用如下
4.1 通用接口定義
eepromSoft.h// eeprom 可分配使用的個數, 最大不超過 5
#define EPROM_SOFT_NUM (5 )// 分配頁緩沖區大小, 該數值必須為使用 pageSize 最大的一個 EEPROM_SOFT_INDEX 的 pageSize
#define EPROM_BUF_DATA_SIZE (128 * 2)typedef int32_t EEPROM_SOFT_INDEX; // 索引類型// eeprom 錯誤碼
typedef enum{EPROM_ERR_NORMAL = 0, // 正常EPROM_ERR_UNDEFINE, // 未知錯誤，可能為傳入的參數無效EPROM_ERR_MEMBUF, // 數據緩沖區設置出錯EPROM_ERR_READ, // 讀失敗EPROM_ERR_WRITE, // 寫錯誤EPROM_ERR_ERASE, // 擦除扇區錯誤EPROM_ERR_OVER_DATA, // 數據過大，會超出頁大小EPROM_ERR_PAGE_SIZE, // 分配的頁大小不正確EPROM_ERR_ADDR, // 分配的 falsh 的 adrrStart 或 adrrEnd 不正確EPROM_ERR_FUNC, // 設置的函數指針無效EPROM_ERR_SOFT_NUM, // 分配的個數不足，需設大 EPROM_SOFT_NUMEPROM_ERR_NUM_SET, // EPROM_SOFT_NUM 設置不符合要求EPROM_ERR_LOCK, // 加鎖失敗EPROM_ERR_INDEX, // 未知索引號EPROM_ERR_NUM
}EPROM_ERR;/* eeprom 基準信息數據結構 */
typedef struct{uint32_t adrrStart; // 分配的 flash 扇區起始地址(此地址必須為4的倍數，且不能為0)uint32_t adrrEnd; // 分配的 flash 扇區結束地址(此地址必須為4的倍數)// 設置的頁大小(該數值必須是 128 的倍數)，進行 falsh 的頁分配，單位：Byte // 頁大小并不代碼實際存放數據的最大長度，每頁里面會保存基準信息uint32_t pageSize; /* flash 讀函數指針,// flashAddr,要讀取數據的flash地址;// buf, 讀取數據緩沖的指針// readLen, 要讀取數據的長度(單位:字節)// 返回, 實際讀取到的數據長度 */uint32_t (*fRead)(uint32_t flashAddr, uint8_t *buf, uint32_t readLen);/* flash 寫函數指針(不帶擦除扇區寫入數據),// flashAddr,開始寫入數據的flash地址;// data, 要寫入的數據指針// len, 要寫入的數據長度(單位:字節)// 返回, 0, 寫入成功// 1, 寫入失敗*/uint8_t (*fWrite)(uint32_t flashAddr,const uint8_t *data, uint32_t len);/* flash 擦除函數指針,// flashAddr,要擦除flash數據的起始地址;// len, 要擦除數據的數據長度(單位:字節)// 返回, 0, 成功// 1, 失敗*/uint8_t (*fErase)(uint32_t flashAddr, uint32_t len);}EPROM_SOFT_INFO;// 聲明外部其他文件定義的 crc32校驗函數； 若只模擬一個eeprom 可進行簡單求和校驗 .
extern uint32_t AlgorithCrc32(const uint8_t* data, uint32_t len); /*!* * @param[in] timeOutMs ：毫秒超時時間* @param[out] none* @return 1 ：加鎖成功* @return 0 ：加鎖失敗* * @brief 聲明外部其他文件定義的 加鎖保護機制.* @note . 主要用于 EPROM_BUF_DATA_SIZE 分配的數據緩沖區資源保護;* */
extern uint8_t EepromSoftLock(uint32_t timeOutMs);extern void EepromSoftUnLock(void); // 釋放鎖/*!* * @param[in] num ： eeprom 可模擬的個數，取值 1 - 10;* @param[in] pageBuf : 要分配的頁緩沖區指針;* @param[in] pageSize : 頁緩沖區的大小(必須為 128的倍數，單位：字節);* @param[out] none* @return EPROM_ERR 錯誤碼* * @brief 模擬eeprom 公共資源分配設置* @note . 必須在 EepromSoftInit() 函數使用前，調用該函數執行一次;* */
EPROM_ERR EepromSoftSet(uint8_t num, uint8_t* pageBuf, uint32_t pageSize);/*!* * @param[in] info : 要配置的基準信息結構指針* @param[out] errCode ：EPROM_ERR 返回指針，存放返回的錯誤碼* @return >=0的數值 ： eeprom 索引號* @return 其他值: 出錯* * @brief 初始化基準信息，若成功，就返回對應 eeprom 的索引號.* @note . 該操作會檢測分配的地址是否正確，并獲取上次寫入有效數據的基準信息;* . 若未獲取到有效基準信息，就擦除扇區，從起始地址開始讀/寫數據;* */
EEPROM_SOFT_INDEX EepromSoftInit(EPROM_SOFT_INFO* info, EPROM_ERR* errCode);/*!* * @param[in] index ：eeprom索引號* @param[in] buf ：數據緩沖區，存放讀取到的數據* @param[in] readLen ：要讀取的數據長度* @param[out] errCode ：EPROM_ERR 返回指針，存放返回的錯誤碼* @return 實際讀取到的數據長度* * @brief 讀數據* @note . 從上次成功寫入數據的地址讀取數據;* */
uint32_t EepromSoftRead(EEPROM_SOFT_INDEX index, uint8_t *buf, uint32_t readLen, EPROM_ERR* errCode);/*!* * @param[in] index ：eeprom索引號* @param[in] data： 要寫入的數據指針* @param[in] len：要寫入的數據長度* @param[out] none* @return PROM_ERR 錯誤碼* * @brief 寫入數據* @note . 寫數據之前會將上次成功寫入的地址進行偏移，若數據成功寫入數據，就記錄該地址;* */
EPROM_ERR EepromSoftWrite(EEPROM_SOFT_INDEX index, uint8_t *data, uint32_t len);使用方法：
-
- 在其他文件，實現函數 AlgorithCrc32()、 EepromSoftLock() 、 EepromSoftUnLock() ；
-
- EepromSoftSet() 分配模擬 eeprom的個數，頁緩沖區(多個eeprom的公共緩沖區)；
該函數必須在 EepromSoftInit() 使用之前調用一次；
- EepromSoftSet() 分配模擬 eeprom的個數，頁緩沖區(多個eeprom的公共緩沖區)；
-
- EepromSoftInit() 初始化 eeprom 的基準信息，初始化成功會返回 EEPROM_SOFT_INDEX 索引號 ;
-
- EepromSoftRead()、 EepromSoftWrite() 進行數據讀、寫操作;
4.2 接口應用
/* USER CODE BEGIN 4 */// 定義 crc32校驗
uint32_t AlgorithCrc32(const uint8_t* data, uint32_t len)
{uint32_t val = 0;for(int i = 0; i < len; i++){val += data[i];}return val;
}// 定義保護鎖機制
uint8_t s_LockStatus = 0;
uint8_t EepromSoftLock(uint32_t timeOutMs)
{s_LockStatus = 1;return s_LockStatus;
}// 釋放鎖
void EepromSoftUnLock(void)
{s_LockStatus = 0;
}// 定義模擬 eeprom 緩沖區
static uint8_t s_EepromBuf[EPROM_BUF_DATA_SIZE];EEPROM_SOFT_INDEX s_EepronIndex1 = -1, s_EepronIndex2 = -1; // 定義索引變量void TestFlashHandle(void)
{unsigned char buf[20 + 8] = {0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55};EPROM_ERR errCode = 0;uint32_t len = 0;EPROM_SOFT_INFO eepromInfo;// 設置 eeprom 公共資源分配errCode = EepromSoftSet(EPROM_SOFT_NUM, s_EepromBuf, EPROM_BUF_DATA_SIZE);// 模擬 第一個 eepromeepromInfo.adrrStart = FLASH_ADDR_SECTOR_9; // 設置模擬eeprom 的扇區起始地址eepromInfo.adrrEnd = FLASH_ADDR_SECTOR_10; // 設置模擬eeprom 的扇區結束地址eepromInfo.pageSize = 128; // 每次寫數據操作的flash大小(最小128)eepromInfo.fErase = FlashHardErase;eepromInfo.fRead = FlashHardRead;eepromInfo.fWrite = FlashWriteNoErase;s_EepronIndex1 = EepromSoftInit(&eepromInfo, &errCode); // 初始化基準信息if(s_EepronIndex1 < 0) {return ;}// 寫數據buf[16] = 0xAA;buf[17] = 0xBB;buf[18] = 0xCC;buf[19] = 0xDD;errCode = EepromSoftWrite(s_EepronIndex1, buf, 20);// 讀數據memset(buf, 0, 20);len = EepromSoftRead(s_EepronIndex1, buf, 20, &errCode);// 模擬 第二個 eepromeepromInfo.adrrStart = FLASH_ADDR_SECTOR_10; // 設置模擬eeprom 的扇區起始地址eepromInfo.adrrEnd = FLASH_ADDR_SECTOR_11; // 設置模擬eeprom 的扇區結束地址eepromInfo.pageSize = EPROM_BUF_DATA_SIZE; // 每次寫數據操作的flash大小(最小128)eepromInfo.fErase = FlashHardErase;eepromInfo.fRead = FlashHardRead;eepromInfo.fWrite = FlashWriteNoErase;s_EepronIndex2 = EepromSoftInit(&eepromInfo, &errCode); // 初始化基準信息if(s_EepronIndex2 < 0) {return ;}// 寫數據buf[16] = 0xA1;buf[17] = 0xB1;buf[18] = 0xC1;buf[19] = 0xD1;errCode = EepromSoftWrite(s_EepronIndex2, buf, 20);// 讀數據memset(buf, 0, 20);len = EepromSoftRead(s_EepronIndex2, buf, 20, &errCode);// 再讀取 s_EepronIndex1 ，觀察是否有變化memset(buf, 0, 20);len = EepromSoftRead(s_EepronIndex1, buf, 20, &errCode);}
