采用微控制器的大多數(shù)設(shè)備還需要某種機(jī)制來(lái)存儲(chǔ)在斷電時(shí)仍要被記住的那些設(shè)置數(shù)據(jù),。例如，在更換電池后記不住預(yù)設(shè)電臺(tái)的收音機(jī)肯定不會(huì)在市場(chǎng)上取得很大的成功,。用戶希望喜愛的電臺(tái),、預(yù)設(shè)溫度、參數(shù)選擇和其他永久性信息能長(zhǎng)久保存下來(lái)供每次開機(jī)時(shí)直接取用,。

為了滿足這種用戶需求，設(shè)計(jì)師一般使用串行EEPROM,。這些器件又小又便宜,，具有很長(zhǎng)的歷史，設(shè)計(jì)工程師用起來(lái)得心應(yīng)手,。但在今天對(duì)成本極其敏感的市場(chǎng)下,，即使這樣一個(gè)廉價(jià)的器件也可能突破成本預(yù)算。因此許多設(shè)計(jì)師試圖尋求并利用已經(jīng)包含在微控制器芯片中的資源：程序閃存中剩余的空間,。

過(guò)去,，許多微控制器使用ROM或可紫外線擦除的EPROM來(lái)存儲(chǔ)程序指令。但現(xiàn)在越來(lái)越多的微控制器轉(zhuǎn)用閃存技術(shù)存儲(chǔ)代碼,。選擇閃存的主要理由是,，如果在程序代碼中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，閃存數(shù)據(jù)很容易被擦除和更新,。

大多數(shù)微控制器具有讀取程序空間中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的機(jī)制,。基于馮·諾伊曼架構(gòu)的處理器,，如TI MSP430,，可以使用任何尋址模式讀取程序閃存,。哈佛架構(gòu)處理器一般利用特殊的機(jī)制將數(shù)據(jù)從程序空間傳送到數(shù)據(jù)空間。具有閃存管理功能的其他MCU包括：

1. 包含MOVEC(移動(dòng)常數(shù))指令的非常流行的8051處理器系列,；

2. 包含TBLRD和TBLWR(表讀和表寫)指令的Microchip PIC18系列,；

3. 具有偽馮·諾伊曼架構(gòu)的美信MAXQ微控制器系列，它們?cè)试S通過(guò)簡(jiǎn)單的MOVE指令訪問(wèn)閃存程序存儲(chǔ)空間(見圖1),。

圖1：在像美信MAXQ2000這樣的偽馮·諾伊曼MCU中采用的數(shù)據(jù)交換允許任何存儲(chǔ)器塊被用作代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,。

但即使能夠從隨機(jī)閃存位置讀取數(shù)據(jù)，完整的非易失性存儲(chǔ)器子系統(tǒng)也必須能夠隨機(jī)修改閃存中的數(shù)據(jù),。這意味著需要解決兩個(gè)問(wèn)題：首先,，一旦某個(gè)閃存位置被寫入，那個(gè)位置的數(shù)據(jù)只能通過(guò)擦除整個(gè)閃存塊(通常128字節(jié)或以上)進(jìn)行修改,；其次,，閃存的讀寫次數(shù)非常有限。

本文將介紹如何構(gòu)建一個(gè)能夠解決這些問(wèn)題,、并使用閃存塊模擬隨機(jī)寫入的機(jī)制,。雖然本文的用例是MAX2000，但原理適用于支持讀寫和擦除閃存的用戶代碼的任何處理器,。本文討論的方案已經(jīng)被用于采用MAXQ3180三相模擬前端和MAXQ2000的三相電表參考設(shè)計(jì),。

閃存管理的基本知識(shí)

閃存是一種電可擦除的存儲(chǔ)器，通常主要用于讀操作,，也就是說(shuō),，雖然是可寫的，但它不希望很頻繁地更新數(shù)據(jù),，因此對(duì)這種存儲(chǔ)器的操作大部分是讀操作,。大多數(shù)閃存器件是以字(word)為單位寫入數(shù)據(jù)的，但一次只能擦除整個(gè)塊,。這使得它們不適用于頻繁變化的存儲(chǔ)應(yīng)用,，只適合存儲(chǔ)那些永遠(yuǎn)不變的常數(shù)表。

一共有兩種閃存：NAND閃存和NOR閃存,。NAND閃存經(jīng)常用于存儲(chǔ)卡和閃盤,。一般來(lái)說(shuō)，從NAND器件讀取數(shù)據(jù)需要幾個(gè)周期,，并且大部分是用串行方式完成的,。

因此NAND閃存不適于存儲(chǔ)程序代碼，因?yàn)榇嫒r(shí)間太長(zhǎng),。而NOR閃存更像是傳統(tǒng)的字節(jié)或字寬的存儲(chǔ)器,。可以像讀ROM器件那樣讀NOR閃存中的數(shù)據(jù)：使片選和地址線有效,，然后等待一段訪問(wèn)時(shí)間后從總線上讀取數(shù)據(jù),。

閃存塊通常被擦除到“1”狀態(tài),，因此經(jīng)過(guò)擦除后，塊中的每個(gè)位置都是0xFFFF,。“編程”一個(gè)閃存位置是把某些位從“1”狀態(tài)改變?yōu)?ldquo;0”狀態(tài),。為了使編程過(guò)的位返回到“1”狀態(tài)，整個(gè)塊必須被擦除,。

任何電可擦除的存儲(chǔ)器件都面臨壽命的問(wèn)題,。根據(jù)所用技術(shù)的不同，一個(gè)閃存單元在永久失效以前可以承受的擦除-編程次數(shù)少則1000次,，多則100萬(wàn)次,。使用閃存存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的任何方案都必須確保寫入次數(shù)在整個(gè)單元陣列上獲得均勻分布，沒有一個(gè)位置會(huì)出現(xiàn)太多的擦除和編程次數(shù),。

大多數(shù)閃存器件都允許將前次編程中那些未被編程的位從“1”改為“0”狀態(tài),。例如，大多數(shù)器件允許用0xFFFE編程過(guò)的那個(gè)位置再用0x7FFE進(jìn)行編程,，因?yàn)檫@種操作不會(huì)將任何位從“0”改變到“1”,。然而如圖1所示的處理器架構(gòu)中使用的閃存不允許這樣做。這種寫入操作的結(jié)果是失敗,，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)仍然是0xFFFE,。

理由很簡(jiǎn)單：因?yàn)橐痪幊痰拇鎯?chǔ)塊主要用作代碼空間，通常禁止對(duì)前面寫過(guò)的位置作任何寫操作,。因?yàn)橹噶?xFFFF代表的是無(wú)效的源子譯碼(source sub-decode),，不可能出現(xiàn)在有效的代碼塊中。這樣,，阻止向以前編過(guò)程的位置寫入數(shù)據(jù)有助于保持代碼塊的完整性,。