提高MSP430G 系列单片机的Flash 擦写寿命的方法

• 在嵌入式软件处理上需加入合适的校验机制，保证写入数据的正确性并监测Flash 是否已经失效。

2.2 划分子页方案

在Flash 中划分出至少2 个页(Page)用作模拟EEPROM，根据应用需求将需写入EEPROM 进行保存的变量数据划分成一个定长的数组(子页)，例如 16 个字节或者 32 字节，将页划分成若干子页后，需对 Flash 中的所有子页按照地址顺序进行逐次编号。每个子页的第一个字节通常用来指示该子页的状态，子页状态可以为：空、已写入或者失效。

在芯片上电初始化时，首先查找出第一个尚未写入数据的子页，并进行标识，在进行写 EEPROM操作时，应用程序需将待写入 EEPROM 子页的所有数据按照事先约定好的顺序整理好，再一次性将所有变量数据写入空的子页中，最后将模拟 EEPROM 的操作指针指向下一个空闲的子页，等待下一次写入。待将一个页的数据写满后，再进行一次擦除操作。需要处理好指向子页的指针的跳转。

每个页存在3 种可能状态：

擦除态：该页是空的。

已写满数据状态：该页已经写满数据。

有效页状态：该页包含着有效数据并且该页尚未写满，仍可向子页写入数据。

图三介绍了使用子页的方式实现Flash 模拟EEPROM 的数据处理方法。

2.2.1 软件描述

在软件实现上，为了便于软件处理，建议定义一些关键宏定义和结构体，指定 Flash 模拟

EEPROM 的起始、结束地址、页的大小、子页的大小、每个页的子页数目等参数，同时将需要操作的参数封装起来，便于软件操作和管理，不建议定义许多离散的标志变量。

在软件操作上，Flash 模拟EEPROM 模块需要提供几个API 接口给应用程序调用。

• 通过typedef 关键字定义设备类型，typedef unsigned char u8;

• ChkFstPowerOnInfo()用于检测芯片是否为第一次上电并初始化 EEPROM 参数到内存，原型如下。

Void ChkFstPowerOnInfo(void);

• FlashWrite()用于写 Flash，传递的形参包括指向待写入数据的指针，待写入数据在子页中的起始字节编号，写入数据的长度，原型如下。

void FlashWrite( u8 *array, u8 startNum, u8 length );

• FlashErase()用于擦除 Flash，传递的形参是子页的编号，在擦除函数中需要根据子页的编号判断是否需要执行页的擦除操作，原型如下。

void FlashErase(u8 seg_sn);

2.2.2 软件流程图

软件启动后，初始化模拟EEPROM 流程图描述如下。

调用 API，向模拟 EEPROM 写入数据的软件流程如图五所示。在软件处理中，要特别注意目标指针的切换和保证写入数据的正确性，在代码空间允许的情况下，可以增加一些校验算法来保证。

采用划分子页的方案总结如下。

• 每次写入模拟EEPROM 的数据长度为定长，即为子页的长度。

• 软件需要定义一个存储变量结构体，用于刷新和同步模拟EEPROM 内容。在将数据写入模拟EEPROM 之前，程序员需要按照约定的数据格式，在内存中将所有的目标存储变量进行整理。

• 在软件处理上，需要计算当前写入和下一次写入的物理地址;在每一次执行写入操作后，根据子页长度大小，将指向子页的目的操作指针自动累加。

• 待一个页(Page)写满后，需要将最后更新的模拟EEPROM 数据拷贝到下一个页，再对写满页执行一次擦除操作。

• 在嵌入式软件处理上需加入合适的校验机制，保证写入数据的正确性并监测用于模拟EEPROM功能的Flash 子页是否已经失效。

2.3 两种方案的对比分析

两种方案的对比分析见表二。

3. 实际的嵌入式应用

根据软件需要，建议采用字节(8bit)做为操作的最小粒度，适用性会更广泛。

3.1 Flash 存储器擦写寿命的提升

对于MSP430G 系列的Flash 存储器，可以保证至少10000 次的编程和擦除寿命。如图六所示。

采用划分小页结合至少分配2 个大页的操作方式，则可以大大增加Flash 模拟EEPROM 的擦写寿命。例如，对于MSP430G 系列单片机，如果将每个小页的尺寸划分为16 字节，采用2 个大页(每页512 字节)作为模拟 EEPROM 使用，则可以提供 64 个操作子页((512/16)x2=64)，可以保证至少640000 次的擦写寿命。

3.2 掉电时的异常处理

如果正在进行Flash 数据存储时发生掉电，数据可能会保存不成功，存在异常。为了增强健壮性，在软件处理上，需要考虑设备异常掉电等可能会导致Flash 擦写失败的情况。

在软件处理中，当成功保存Flash 数据后，再写入该子页的状态标志。单片机上电后，用户程序将查找最后一次写入的子页，再将该子页的数据内容并恢复到内存中的数据结构中。

4. 系统可靠性设计

4.1 时钟源的选择

由于驱动Flash 的时钟源(ACLK、MCLK、SMCLK)和时钟频率可以设定，为了保证