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AVR单片机EEPROM的操作

发布时间:2020-06-08 发布时间:
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本程序简单的示范了如何使用ATMEGA16的EERPOM

     EEPROM的简介
     EEPROM的写操作
     EEPROM的读操作

出于简化程序考虑,各种数据没有对外输出,学习时建议使用JTAG ICE硬件仿真器
 在打开调试文件到JTAG后,
 打开Debug -> JTAG ICE Options菜单,
 然后在JTAG ICE Properties中点击Dbug页面,将preserve eeprom选项选中。
 在每次仿真调试时候,就保护EEPROM内容了。
 否则,会按照默认设置擦除EEPROM的内容。 
 
 由于定义了EEPROM变量,JTAG调试时会询问是否初始化EEPROM,请选择[否]
 
 EEPROM的数据也可以在view->memory,选Eeprom窗口下察看
*/

#include
#include
////时钟定为内部1MHz,F_CPU=1000000  时钟频率对程序的运行没什么影响
/*
GCCAVR(avr-libc)里面自带了EEPROM的读写函数。
下面列举部分常用函数(原型)

#define eeprom_is_ready() bit_is_clear(EECR, EEWE)
检测EEPROM是否准备好。OK返回1(返回EEWE位)

#define eeprom_busy_wait() do {} while (!eeprom_is_ready())
等待EEPROM操作完成

extern uint8_t eeprom_read_byte (const uint8_t *addr);
读取指定地址的一个字节8bit的EEPROM数据

extern uint16_t eeprom_read_word (const uint16_t *addr);
读取指定地址的一个字16bit的EEPROM数据

extern void eeprom_read_block (void *buf, const void *addr, size_t n);
读取由指定地址开始的指定长度的EEPROM数据

extern void eeprom_write_byte (uint8_t *addr, uint8_t val);
向指定地址写入一个字节8bit的EEPROM数据

extern void eeprom_write_word (uint16_t *addr, uint16_t val);
向指定地址写入一个字16bit的EEPROM数据

extern void eeprom_write_block (const void *buf, void *addr, size_t n);
由指定地址开始写入指定长度的EEPROM数据

但不支持部分AVR,原文如下:
\note This library will \e not work with the following devices since these
    devices have the EEPROM IO ports at different locations:

    - AT90CAN128
    - ATmega48
    - ATmega88
    - ATmega165
    - ATmega168
    - ATmega169
    - ATmega325
    - ATmega3250
    - ATmega645
    - ATmega6450
*/

/*
在程序中对EEPROM 操作有两种方式
方式一:直接指定EERPOM 地址
    即读写函数的地址有自己指定,用于需要特定数据排列格式的应用中
方式二:先定义EEPROM 区变量法
 在这种方式下变量在EEPROM 存储器内的具体地址由编译器自动分配。
 相对方式一,数据在EEPROM 中的具体位置是不透明的。
 为EEPROM 变量赋的初始值,编译时被分配到.eeprom 段中,
 可用avr-objcopy 工具从.elf文件中提取并产生ihex 或binary 等格式的文件,
 从而可以使用编程器或下载线将其写入到器件的EEPROM 中。
 实际上WINAVR 中MFILE 生成的MAKEFILE 已经为我们做了这一切。
 它会自动生成以 “.eep” 为后缀的文件,通常它是iHex 格式
 (这次测试发现 分配地址是从0x0000开始的,故增加了一个EEPROM变量Evalvoid[16])
 
如果同时使用方式1和2,请注意防止地址重叠,自己指定的地址应该选在后面。
*/

//全局变量
unsigned char EDATA;

unsigned char ORGDATA[16]={0x00,0x02,0x04,0x06,0x08,0x0A,0x0C,0x0E,
         0x01,0x03,0x05,0x07,0x09,0x0B,0x0D,0x0F}; //原始数据

unsigned char CMPDATA[16];            //比较数据

//仿真时在watch窗口,监控这些全局变量。

//EEPROM 变量定义
unsigned char Evalvoid[16] __attribute__((section(".eeprom"))); //这个没用到
unsigned char Eval[16] __attribute__((section(".eeprom")));

int main(void)
{
 eeprom_write_byte (0x40,0xA5);  //向EEPROM的0x40地址写入数据 0xA5
 EDATA=eeprom_read_byte (0x40);  //读出,然后看看数据对不对?
 //上面两句编译是有如下警告,但不必理会
 //EEPROM_main.c:103: warning: passing arg 1 of `eeprom_write_byte' makes pointer from integer without a cast
 //EEPROM_main.c:104: warning: passing arg 1 of `eeprom_read_byte' makes pointer from integer without a cast
 
 eeprom_write_block (&ORGDATA[0], &Eval[0], 16);  //块写入
 //看看EEPROM数据是否是能失电永久保存,可以注释上面这句程序(不写入,只是读出),然后编译,烧写,断电(一段时间),上电,调试。
 eeprom_read_block (&CMPDATA[0],&Eval[0], 16);    //块读出,然后看看数据对不对?
 
    while (1);    
}

/*
ATmega16 包含512 字节的EEPROM 数据存储器。
它是作为一个独立的数据空间而存在的,可以按字节读写。
EEPROM的寿命至少为100,000 次擦除周期。
EEPROM的访问由地址寄存器EEAR、数据寄存器EEDR和控制寄存器EECR决定。
也可以通过ISP和JTAG及并行电缆来固化EEPROM数据

EEPROM数据的读取:
 当EEPROM地址设置好之后,需置位EERE以便将数据读入EEDR。
 EEPROM数据的读取需要一条指令,且无需等待。
 读取EEPROM后CPU 要停止4 个时钟周期才可以执行下一条指令。
注意:用户在读取EEPROM 时应该检测EEWE。如果一个写操作正在进行,就无法读取EEPROM,也无法改变寄存器EEAR。

EEPROM数据的写入:
1 EEPROM的写访问时间(自定时时间,编程时间)
    自定时功能可以让用户软件监测何时可以开始写下一字节。(可以采用中断方式)
 经过校准的1MHz片内振荡器用于EEPROM定时,不倚赖CKSEL熔丝位的设置。
 改变OSCCAL寄存器的值会影响内部RC振荡器的频率因而影响写EEPROM的时间。
 EEPROM自定时时间约为8.5 ms 即1MHz片内振荡器的8448个周期
注意:这个时间是硬件定时的,数值比较保险,其实真正的写入时间根本就用不了8.5mS那么长,而且跟电压有关,但芯片没有提供其他的检测编程完成的方法 
     这个问题表现在旧版的AT90S系列上面,由于没有自定时,数值定得太短,ATMEL给人投诉到头都爆,呵呵!
参考: 《用ATmega8535替换AT90S8535》文档里面的
     写EEPROM定时的改进
     在AT90S8535中写EEPROM的时间取决于供电电压,通常为2.5ms@VCC=5V,4ms@VCC=2.7V。
     ATmega8535中写EEPROM的时间为8448个校准过的RC振荡器周期 (与系统时钟的时钟源和频率无关)。
     假定校准过的RC振荡器为1.0MHz,则写时间的典型值为8.4ms,与VCC 无关。
     
2 为了防止无意识的EEPROM 写操作,需要执行一个特定的写时序
     (如果使用编译器的自带函数,无须自己操心)
 写时序如下( 第3 步和第4 步的次序并不重要):
 1. 等待EEWE 位变为零
 2. 等待SPMCSR 中的SPMEN 位变为零
 3. 将新的EEPROM 地址写入EEAR( 可选)
 4. 将新的EEPROM 数据写入EEDR( 可选)
 5. 对EECR 寄存器的EEMWE 写"1",同时清零EEWE
 6. 在置位EEMWE 的4 个周期内,置位EEWE
 经过写访问时间之后,EEWE 硬件清零。
 用户可以凭借这一位判断写时序是否已经完成。
 EEWE 置位后,CPU要停止两个时钟周期才会运行下一条指令。


注意:
 1:在CPU 写Flash 存储器的时候不能对EEPROM 进行编程。
   在启动EEPROM 写操作之前软件必须检查 Flash 写操作是否已经完成
      步骤(2) 仅在软件包含引导程序并允许CPU对Flash 进行编程时才有用。
      如果CPU 永远都不会写Flash,步骤(2) 可省略。
      
 2:如果在步骤5 和6 之间发生了中断,写操作将失败。
      因为此时EEPROM 写使能操作将超时。
      如果一个操作EEPROM的中断打断了另一个EEPROM操作,EEAR 或EEDR寄存器可能被修改,引起EEPROM 操作失败。
      建议此时关闭全局中断标志I。
      经过写访问时间之后,EEWE 硬件清零。用户可以凭借这一位判断写时序是否已经完成。
      EEWE 置位后,CPU要停止两个时钟周期才会运行下一条指令。
    

在掉电休眠模式下的EEPROM写操作
 若程序执行掉电指令时EEPROM 的写操作正在进行, EEPROM 的写操作将继续,并在指定的写访问时间之前完成。
 但写操作结束后,振荡器还将继续运行,单片机并非处于完全的掉电模式。因此在执行掉电指令之前应结束EEPROM 的写操作。
 
防止EEPROM数据丢失
 若电源电压过低,CPU和EEPROM有可能工作不正常,造成EEPROM数据的毁坏(丢失)。
   **这种情况在使用独立的EEPROM 器件时也会遇到。因而需要使用相同的保护方案。
 由于电压过低造成EEPROM 数据损坏有两种可能:
  一是电压低于EEPROM 写操作所需要的最低电压;
  二是CPU本身已经无法正常工作。
 EEPROM 数据损坏的问题可以通过以下方法解决:
  当电压过低时保持AVR RESET信号为低。
  这可以通过使能芯片的掉电检测电路BOD来实现。如果BOD电平无法满足要求则可以使用外部复位电路。
  若写操作过程当中发生了复位,只要电压足够高,写操作仍将正常结束。
   (EEPROM在2V低压下也能进行写操作---有可以工作到1.8V的AVR芯片)
  
掉电检测BOD的误解
  AVR自带的BOD(Brown-out Detection)电路,作用是在电压过低(低于设定值)时产生复位信号,防止CPU意外动作.
  对EEPROM的保护作用是当电压过低时保持RESET信号为低,防止CPU意外动作,错误修改了EEPROM的内容
  
  而我们所理解的掉电检测功能是指 具有预测功能的可以进行软件处理的功能。
  例如,用户想在电源掉电时把SRAM数据转存到EEPROM,可行的方法是 
     外接一个在4.5V翻转的电压比较器(VCC=5.0V,BOD=2.7V),输出接到外部中断引脚(或其他中断)
     一但电压低于4.5V,马上触发中断,在中断服务程序中把数据写到EEPROM中保护起来
 注意: 写一个字节的EEPROM时间长达8mS,所以不能写入太多数据,电源滤波电容也要选大一些



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