基于HPM6000系列芯片如何使用Flash模拟EEPROM存储参数
概 述
在mcu的使用中，经常遇到需要存储参数或掉电保持数据等功能。其中，flash和eeprom是常见的非易失性存储器，都可以做到设备掉电重启后，数据还会保留。但二者有明显的区别：eeprom可以被编程和电擦除，而且大多数的eeprom可以被编程和电擦除，大多数串行eeprom允许逐字节程序或擦除操作。与eeprom相比，闪存具有更高的密度，这允许在芯片上实现更大的内存阵列（扇区）。通过对每个单元施加时间控制的电压来执行闪存擦除和写入周期。典型的flash写时间是50µs/8位字；然而，eeprom通常需要5到10 ms。eeprom不需要进行页面（扇区）擦除操作，可以擦除一个需要指定时间的特定字节。与eeprom相比，flash具有更高的密度和更低的价格。
先楫产品可以外接大容量flash芯片，支持可达256mbyte程序或数据存储；部分产品如hpm6754、hpm6364、hpm6284内置4mbyte flash，hpm53xx系列全系支持1mbyte flash。在使用flash模拟eeprom时，最重要的挑战是满足flash程序/擦除持久性和数据保留方面的可靠性目标。
其次，在应用程序的控制下，需要满足更新和读取数据的实时应用要求。请注意，在flash擦写期间，它不能执行flash应用程序，因为在此时间内不能执行在flash中的程序，通常程序是将flash擦写程序拷贝到ram中执行。先楫半导体为了方便客户程序应用，已经将flash驱动程序集成到rom中，减少了系统对ram的需求，用户使用时更加灵活方便。
由于flash的块擦除要求，必须完全为模拟的eeprom保留至少一个flash扇区。例如，一个4k x 8bit大小的flash扇区可以分为16页，每个页的大小为256 x 8bit。这使得每个页面相当于一个256 x 8字节的eeprom。要保存的数据首先写入ram中的缓冲区中，每个部分ram可以模拟eeprom的存储的数据。
如何实现？
根据flash扇区和模拟的eeprom的大小，划分相应的flash和ram空间。
功能：
• 读取片内或片外flash信息。
• 批量读取flash中数据到ram缓存中。
• 用户可以自由读写ram缓存中数据。
• 用户可以将ram缓存中数据写入flash。
• 用户可以根据自己的需要定制存储空间大小和存储地址。
由于先楫半导体mcu已经集成了flash驱动，用户可以不再需要把精力放到繁琐的底层flash驱动部分。
为了实现此功能，需要8个函数来进行编程、读取和擦除，3个宏定义确定存储空间和位置。
/* sector size */
#define sector_size (uint32_t) (0x1000)
/* sectors 0 and 1 base and end addresses */
#define flash_base 0x80000000l
#define sector1_base_address (flash_base+0x3fe000)
#define sector1_end_address (sector1_base_address+sector_size*2-1)
其中，sector_size定义了flash扇区大小，单位是byte。若不确定flash扇区大小可以在initial_eeprom函数中获取flash信息。flash_base定义flash起始地址，具体可以参考user guider中系统内存映射 system memory map地址。sector1_base_address和sector1_end_address为数据存放起始地址，sector1_base_address必须是特定扇区起始地址。
attr_place_at_with_alignment(.ahb_sram,8) uint8_t eeprom_data[sector1_end_address-sector1_base_address+1];
flash模拟eeprom时需在ram中开辟缓存用于常态数据读写，开辟数据时应注意ram区数据应放到ahb_sram或noncacheable区域。
if defined(flash_xip) && flash_xip
attr_ramfunc hpm_stat_t initial_eeprom(void)
#else
hpm_stat_t initial_eeprom(void)
#endif
{
xpi_nor_config_option_t option;
option.header.u = board_app_xpi_nor_cfg_opt_hdr;
option.option0.u = board_app_xpi_nor_cfg_opt_opt0;
option.option1.u = board_app_xpi_nor_cfg_opt_opt1;
hpm_stat_t status = rom_xpi_nor_auto_config(hpm_xpi0, &s_xpi_nor_config, &option);
if (status != status_success) {
return status;
}
rom_xpi_nor_get_property(hpm_xpi0, &s_xpi_nor_config, xpi_nor_property_total_size,
&flash_size);
rom_xpi_nor_get_property(hpm_xpi0, &s_xpi_nor_config, xpi_nor_property_sector_size,
§or_size);
rom_xpi_nor_get_property(hpm_xpi0, &s_xpi_nor_config, xpi_nor_property_page_size, &page_size);
printf(flash size:%dmbytes flash sector size:%dkbytes flash page size:%dbytes ,
flash_size / 1024u / 1024u, sector_size / 1024u, page_size);
eeprom_flush();
} /* end initial_eeprom */
通过调用rom_xpi_nor_auto_config()、rom_xpi_nor_get_property()获取flash信息。
/*******************************************************************************
* routine: eepromflush
* purpose: refresh data from flash to buffer.
*******************************************************************************/
inline void eeprom_flush(void)
{
memcpy((void*)eeprom_data,(const void*)sector1_base_address,(sector1_end_address-sector1_base_address));
} /* end eeprom_flush */
从flash中读取数据无需单独调用api函数，直接寻址读取效率更高，文中通过memcpy()函数直接从flash中读取数据到ram缓存中，后面读写参数直接读写ram缓存即可。
如果需要将参数写入flash中，需将整块flash擦写，由于数据已经存在ram缓存，不会存在flash擦写时数据丢失的问题。
/*******************************************************************************
* routine: writeeeprom_withflush
* purpose: writes variable to eeprom and flush flash later.
* input : none
* output: none.
* return: returns 0
*******************************************************************************/
#if defined(flash_xip) && flash_xip
attr_ramfunc hpm_stat_t writeeeprom_withflush(uint16_t index, uint8_t *data, uint16_t size)
#else
hpm_stat_t writeeeprom_withflush(uint16_t index, uint8_t *data, uint16_t size)
#endif
{
hpm_stat_t status;
if(flash_size==0) return status_fail;
memcpy((void*)&eeprom_data[index],(const void*)data,size);
status = rom_xpi_nor_erase(hpm_xpi0, xpi_xfer_channel_auto, &s_xpi_nor_config,
sector1_base_address-flash_base, sector1_end_address-sector1_base_address);
if (status != status_success) {
return status;
}
status = rom_xpi_nor_program(hpm_xpi0, xpi_xfer_channel_auto, &s_xpi_nor_config,
(const uint32_t *)eeprom_data, sector1_base_address-flash_base, sector1_end_address-sector1_base_address);
if (status != status_success) {
return status;
}
}
考虑到flash擦写期间不能读取flash，flash擦写函数需放置在ram执行的程序存储空间。先楫sdk中已经定义好了ram运行区域，并在hpm_common.h文件中将函数和数字放置属性重新封装，通过attr_ramfunc等效定义__attribute__((section(“.fast”)))。为确保擦写flash期间不会被中断打断从而调用其他flash中的程序，需在运行中关闭中断。
//disable all interrupt before programming flash
csr_reg = disable_global_irq(csr_mstatus_mie_mask);
disable_global_irq(csr_mstatus_sie_mask);
disable_global_irq(csr_mstatus_uie_mask);
writeeeprom_withflush(0,(uint8_t*)s_write_buf,0x1000);//update eeprom with flash
//restore interrupt
restore_global_irq(csr_reg);
小 结
本文首先介绍了基于hpm6000系列芯片如何使用flash模拟eeprom存储参数。由于先楫sdk中已经提供了强大的驱动库，用户可以方便地通过flash存储数据，降低成本和提高使用灵活性。
“先楫半导体”（hpmicro）是一家致力于高性能嵌入式解决方案的半导体公司，总部位于上海，产品覆盖微控制器、微处理器和周边芯片，以及配套的开发工具和生态系统。公司成立于2020年6月，总部坐落于上海市张江高科技园区，并在天津、深圳和苏州均设立分公司。核心团队来自世界知名半导体公司管理团队，具有15年以上，超过20个soc的丰富的研发及管理经验。先楫半导体以产品质量为本，所有产品均通过严格的可靠性测试。目前已经量产的高性能通用mcu产品包含hpm6700/6400、hpm6300、hpm6200及hpm5300四个系列，性能领先国际同类产品并通过aec-q100认证。公司已完成iso9001质量管理认证和iso 26262功能安全管理体系asil d认证，全力服务中国乃至全球的工业、汽车和能源市场。更多信息，请访问 https://hpmicro.com/
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其次，在应用程序的控制下，需要满足更新和读取数据的实时应用要求。请注意，在flash擦写期间，它不能执行flash应用程序，因为在此时间内不能执行在flash中的程序，通常程序是将flash擦写程序拷贝到ram中执行。先楫半导体为了方便客户程序应用，已经将flash驱动程序集成到rom中，减少了系统对ram的需求，用户使用时更加灵活方便。
由于flash的块擦除要求，必须完全为模拟的eeprom保留至少一个flash扇区。例如，一个4k x 8bit大小的flash扇区可以分为16页，每个页的大小为256 x 8bit。这使得每个页面相当于一个256 x 8字节的eeprom。要保存的数据首先写入ram中的缓冲区中，每个部分ram可以模拟eeprom的存储的数据。
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功能：
• 读取片内或片外flash信息。
• 批量读取flash中数据到ram缓存中。
• 用户可以自由读写ram缓存中数据。
• 用户可以将ram缓存中数据写入flash。
• 用户可以根据自己的需要定制存储空间大小和存储地址。
由于先楫半导体mcu已经集成了flash驱动，用户可以不再需要把精力放到繁琐的底层flash驱动部分。
为了实现此功能，需要8个函数来进行编程、读取和擦除，3个宏定义确定存储空间和位置。
/* sector size */
#define sector_size (uint32_t) (0x1000)
/* sectors 0 and 1 base and end addresses */
#define flash_base 0x80000000l
#define sector1_base_address (flash_base+0x3fe000)
#define sector1_end_address (sector1_base_address+sector_size*2-1)
其中，sector_size定义了flash扇区大小，单位是byte。若不确定flash扇区大小可以在initial_eeprom函数中获取flash信息。flash_base定义flash起始地址，具体可以参考user guider中系统内存映射 system memory map地址。sector1_base_address和sector1_end_address为数据存放起始地址，sector1_base_address必须是特定扇区起始地址。
attr_place_at_with_alignment(.ahb_sram,8) uint8_t eeprom_data[sector1_end_address-sector1_base_address+1];
flash模拟eeprom时需在ram中开辟缓存用于常态数据读写，开辟数据时应注意ram区数据应放到ahb_sram或noncacheable区域。
if defined(flash_xip) && flash_xip
attr_ramfunc hpm_stat_t initial_eeprom(void)
#else
hpm_stat_t initial_eeprom(void)
#endif
{
xpi_nor_config_option_t option;
option.header.u = board_app_xpi_nor_cfg_opt_hdr;
option.option0.u = board_app_xpi_nor_cfg_opt_opt0;
option.option1.u = board_app_xpi_nor_cfg_opt_opt1;
hpm_stat_t status = rom_xpi_nor_auto_config(hpm_xpi0, &s_xpi_nor_config, &option);
if (status != status_success) {
return status;
}
rom_xpi_nor_get_property(hpm_xpi0, &s_xpi_nor_config, xpi_nor_property_total_size,
&flash_size);
rom_xpi_nor_get_property(hpm_xpi0, &s_xpi_nor_config, xpi_nor_property_sector_size,
§or_size);
rom_xpi_nor_get_property(hpm_xpi0, &s_xpi_nor_config, xpi_nor_property_page_size, &page_size);
printf(flash size:%dmbytes flash sector size:%dkbytes flash page size:%dbytes ,
flash_size / 1024u / 1024u, sector_size / 1024u, page_size);
eeprom_flush();
} /* end initial_eeprom */
通过调用rom_xpi_nor_auto_config()、rom_xpi_nor_get_property()获取flash信息。
/*******************************************************************************
* routine: eepromflush
* purpose: refresh data from flash to buffer.
*******************************************************************************/
inline void eeprom_flush(void)
{
memcpy((void*)eeprom_data,(const void*)sector1_base_address,(sector1_end_address-sector1_base_address));
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从flash中读取数据无需单独调用api函数，直接寻址读取效率更高，文中通过memcpy()函数直接从flash中读取数据到ram缓存中，后面读写参数直接读写ram缓存即可。
如果需要将参数写入flash中，需将整块flash擦写，由于数据已经存在ram缓存，不会存在flash擦写时数据丢失的问题。
/*******************************************************************************
* routine: writeeeprom_withflush
* purpose: writes variable to eeprom and flush flash later.
* input : none
* output: none.
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*******************************************************************************/
#if defined(flash_xip) && flash_xip
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#else
hpm_stat_t writeeeprom_withflush(uint16_t index, uint8_t *data, uint16_t size)
#endif
{
hpm_stat_t status;
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memcpy((void*)&eeprom_data[index],(const void*)data,size);
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sector1_base_address-flash_base, sector1_end_address-sector1_base_address);
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status = rom_xpi_nor_program(hpm_xpi0, xpi_xfer_channel_auto, &s_xpi_nor_config,
(const uint32_t *)eeprom_data, sector1_base_address-flash_base, sector1_end_address-sector1_base_address);
if (status != status_success) {
return status;
}
}
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csr_reg = disable_global_irq(csr_mstatus_mie_mask);
disable_global_irq(csr_mstatus_sie_mask);
disable_global_irq(csr_mstatus_uie_mask);
writeeeprom_withflush(0,(uint8_t*)s_write_buf,0x1000);//update eeprom with flash
//restore interrupt
restore_global_irq(csr_reg);
小 结
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