епромка что это такое

ПРОГРАММИРОВАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ: ЕЕПРОМ

Забросил я уроки для начинающих, сегодня поговорим о EEPROM — энергонезависимой памяти.

Эта память одно из главных составляющих в функционале поделок на микроконтроллерах, любой начинающий микроконтроллерщик подходит к этапу освоения этой энергонезависимой памяти. Оно и ежу понятно, что сохранять настройки очень часто надо, нужно и без этого нельзя.

В даташитах все рассусолено сухим техническим языком про особенности работы еепром, я же остановлюсь на основополагающих правилах использования этой памяти, правильную на мой взгляд.

Объявляется еепром так же как и переменная, работают с еепром так же как с переменной, кроме некоторых но. Пример (Code Vision AVR):

unsigned char a; // объявляем беззнаковую переменную размером 8 бит
unsigned char eeprom eea; // объявляем «переменную» в еепром такого же типа, этого достаточно, всю остальную работу делает компилятор.

Переменную я обозвал в кавычках, ибо с ней можно обращаться как с обычной переменной, а в остальном она ведет себя по другому:

1. — значение хранимое в ЕЕПРОМ по умолчанию равно максимально возможному числу, в нашем случае после объявления в eea лежит число 255 или оно же 0xFF или оно же 0b11111111.
2- количество циклов стирания-записи у памяти ЕЕПРОМ относительно мало, поэтому нужно максимально ограничивать число записей в алгоритме программы.

Вот поучительная история про то, как фирма BLAUPUNKT лоханулась и проигнорировала второй пункт: www.audi.org.ua/materials/2954.html

3. Память ЕЕПРОМ самый тормозной тип данных, это нужно учитывать. Особенно при записи в ЕЕПРОМ. Можно получить каку, например, запихнув обработку еепром в прерываниях. В особо ответственных моментах можно использовать флаги состояния памяти ЕЕПРОМ, бывает очень полезно.

После обявления еепром и переменной я делаю команду присвоения числа из еепром в переменную, до начала основного цикла и как правило до начала работы прерываний:

После этого я верчу как хочу эту переменную, пишу в нее, читаю, используя ее в алгоритме и в нужный момент, когда нужно сохранить делаю так, чтоб данные закатились из этой переменной обратно в ЕЕПРОМ единожды:

Вот пример куска кода записи в ЕЕПРОМ:

unsigned char a; // объявляем беззнаковую переменную размером 8 бит
unsigned char eeprom eea; // объявляем еепром такого же типа,
unsigned char trig; // объявляем переменную, которая будет помнить, что кнопка нажата.

Далее идет основанная часть программы void main(void), в ней :

a=eea; // загоняем данные в с еепром в переменную

Далее идет главный цикл while(1) и в теле цикла:

if(key==1) // если кнопка настройки нажата, то:
<
trig=1; // включаем триггер, который запоминает, что кнопка нажата
a*b+b^2 ; //тут что то делаем нужное, когда кнопка нажата
>
else // если кнопка отжата
<
LED=1 ; //тут что то делаем нужное, когда кнопка отжата
if(trig) //если кнопка отжата и триггер включен, то:
<
eea=a; // пишем переменную а в еепром
trig=0; // сбрасываем триггер
>
>

Запись в ЕЕПРОМ срабатывает по отжатию кнопки единожды, когда триггер равен единице.

Источник

Работа с параметрами в EEPROM, как не износить память

Введение

Доброго времени суток. Прошлая моя статья про параметры в EEPROM была, мягко говоря, немного недопонята. Видимо, я как-то криво описал цель и задачу которая решалась. Постараюсь в этот раз исправиться, описать более подробно суть решаемой проблемы и в этот раз расширим границы задачи.

А именно поговорим о том, как хранить параметры, которые необходимо писать в EEPROM постоянно.

Особенность таких параметров заключается в том, что их нельзя писать просто так в одно и то же место EEPROM, вы просто израсходуете все циклы записи EEPROM. Например, если, необходимо писать время работы один раз в 1 минуту, то нетрудно посчитать, что с EEPROM в 1 000 000 циклов записей, вы загубите его меньше чем за 2 года. А что такое 2 года, если обычное измерительное устройство имеет время поверки 3 и даже 5 лет.

Кроме того, не все EEPROM имеют 1 000 000 циклов записей, многие дешевые EEPROM все еще производятся по старым технологиям с количеством записей 100 000. А если учесть, что 1 000 000 циклов указывается только при идеальных условиях, а скажем при высоких температурах это число может снизиться вдвое, то ваша EEPROM способно оказаться самым ненадежным элементом уже в первый год работы устройства.

Поэтому давайте попробуем решить эту проблему, и сделать так, чтобы обращение к параметрам было столь же простым как в прошлой статье, но при этом EEPROM хватало бы на 30 лет, ну или на 100 (чисто теоретически).

Итак, в прошлой статье, я с трудом показал, как сделать, так, чтобы с параметрами в EEPROM можно было работать интуитивно понятно, не задумываясь, где они лежат и как осуществляется доступ к ним

Для начала проясню, для чего вообще нужно обращаться по отдельности к каждому параметру, этот момент был упущен в прошлой статье. Спасибо товарищам @Andy_Big и @HiSER за замечания.

Если использовать способ, который предложил пользователь @HiSER- это будет означать, что для перезаписи одного параметра размером в 1 byte, я должен буду переписать всю EEPROM. А если алгоритм контроля целостности подразумевает хранение копии параметров, то для 200 параметров со средней длиной в 4 байта, мне нужно будет переписать 1600 байт EEPROM, а если параметров 500, то и все 4000.

Малопотребляющие устройства или устройства, питающиеся от от токовой петли 4-20мА должны потреблять, ну скажем 3 мА, и при этом они должны иметь еще достаточно энергии для питания модема полевого интерфейса, графического индикатора, да еще и BLE в придачу. Запись в EEPROM очень энергозатратная операция. В таких устройствах писать нужно мало и быстро, чтобы средний ток потребления был не высоким.

Очевидно, что необходимо, сделать так, чтобы микроконтроллер ел как можно меньше. Самый простой способ, это уменьшить частоту тактирования, скажем до 500 КГц, или 1 Мгц (Сразу оговорюсь, в надежных применениях использование режима низкого потребления запрещено, поэтому микроконтроллер все время должен работать на одной частоте). На такой частоте, простая передача 4000 байт по SPI займет около 70 мс, прибавим к этому задержку на сохранение данных в страницу (в среднем 7мс на страницу), обратное вычитывание, и вообще обработку запроса микроконтроллером и получим около 3 секунд, на то, чтобы записать один параметр.

Поэтому в таких устройствах лучше чтобы доступ к каждому параметру был отдельным, и обращение к ним должно быть индивидуальным. Их можно группировать в структуру по смыслу, или командам пользователя, но лучше, чтобы все они не занимали больше одной страницы, а их адреса были выравнены по границам страницы.

Как работать с EEPROM, чтобы не износить её

Те кто в курсе, можете пропустить этот раздел. Для остальных краткое, чисто мое дилетантское пояснение.

Как я уже сказал, число записей в EEPROM ограничено. Это число варьируется, и может быть 100 000, а может и 1 000 000. Так как же быть, если я хочу записать параметр 10 000 000 раз? И здесь мы должны понять, как внутри EEPROM устроен доступ к ячейкам памяти.

Итак, в общем случае вся EEPROM разделена на страницы. Страницы изолированы друг от друга. Страницы могут быть разного размера, для небольших EEPROM это, скажем, 16, 32 или 64 байта. Каждый раз когда вы записываете данные по какому-то адресу, EEPROM копирует все содержимое страницы, в которой находятся эти данные, во внутренний буфер. Затем меняет данные, которые вы передали в этом буфере и записывает весь буфер обратно. Т.е. по факту, если вы поменяли 1 байт в странице, вы переписываете всю страницу. Но из-за того, что страницы изолированы друг от друга остальные страницы не трогаются.

Таким образом, если вы записали 1 000 000 раз в одну страницу, вы можете перейти на другую страницу и записать туда еще 1 000 000 раз, потом в другую и так далее. Т.е. весь алгоритм сводится к тому, чтобы писать параметр не в одну страницу, а каждый раз сдвигаться в следующую страницу. Можно закольцевать эти действия и после 10 раз, снова писать в исходную страницу. Таким образом, вы просто отводите под параметр 10 страниц, вместо 1.

Анализ требований и дизайн

Все требования можно сформулировать следующим образом:

Пользователь должен задать параметры EEPROM и время обновления параметра

На этапе компиляции нужно посчитать количество необходимых страниц (записей), чтобы уложиться в необходимое время работы EEPROM. Для этого нужно знать:

Количество циклов перезаписи

Время обновления параметра

Время жизни устройства

Хотя конечно, можно было дать возможность пользователю самому задавать количество записей, но что-то я хочу, чтобы все считалось само на этапе компиляции.

Каждая наша переменная(параметр) должна иметь уникальный начальный адрес в EEPROM

Мы не хотим сами руками задавать адрес, он должен высчитываться на этапе компиляции

При каждой следующей записи, адрес параметра должен изменяться, так, чтобы данные не писались по одному и тому же адресу

Это также должно делаться автоматически, но уже в runtime, никаких дополнительных действий в пользовательском коде мы делать не хотим.

Мы не хотим постоянно лазить в EEPROM, когда пользователь хочет прочитать параметр

Обычно EEPROM подключается через I2C и SPI, передача данных по этим интерфейсам тоже отнимает время, поэтому лучше кэшировать параметры в ОЗУ, и возвращать сразу копию из кеша.

При инициализации мы должны найти самую последнюю запись, её считать и закешировать.

За целостность должен отвечать драйвер.

За алгоритм проверки целостности отвечает драйвер, если при чтении он обнаружил несоответствие он должен вернуть ошибку. В нашем случае, пусть в качестве алгоритма целостности будет простое хранение копии параметра. Сам драйвер описывать не буду, но приведу пример кода.

Ну кажется это все наши хотелки. Как и в прошлой статье давайте прикинем дизайн класса, который будет описывать такой параметр и удовлетворять нашим требованиям:

Посмотрим на то, как реализуются наши требования таким дизайном.

Пользователь должен задать параметры EEPROM и время обновления параметр

При каждой следующей записи, адрес параметра должен изменяться, так, чтобы данные не писались по одному и тому же адресу

Еще одной особенностью нашего противоизносного параметра является тот факт, что кроме самого значения, мы должны хранить еще и его индекс. Индекс нужен нам для двух вещей:

По нему мы будет рассчитывать следующий адрес записи

Для того, чтобы после выключения/включения датчика найти последнюю запись, считать её и проинициализировать значением по адресу этой записи кеширумое значение в ОЗУ.

Давайте посмотрим как реализован метод расчета текущего адреса записи:

Мы не хотим постоянно лазить в EEPROM, когда пользователь хочет прочитать параметр

Теперь самое интересное, чтобы проинициализировать копию в ОЗУ правильным значением, необходимо при запуске устройства считать все записи нашего параметра и найти запись с самым большим индексом. Наверняка есть еще разные методы хранения данных, например, связанный список, но использование индекса, показалось мне ну прямо очень простым.

В общем-то и все класс готов, полный код класса:

Результат

Собственно все, теперь мы можем регистрировать в списке любые параметры:

Что произойдет в этом примере, когда мы будем писать 10,11,12. 15 в наш параметр. Каждый раз при записи, адрес параметра будет смещаться на размер параметра + размер индекса + размер копии параметра и индекса. Как только количество записей превысит максимальное количество, параметр начнет писаться с начального адреса.

На картинке снизу как раз видно, что число 15 с индексом 5 записалось с начального адреса, а 10 теперь нет вообще.

В данном случае после сброса питания, при инициализации, будет найдена запись с индексом 5 и значением 15 и это значение и индекс будут записаны в кэшируемую копию нашего параметра.

Вот и все, надеюсь в этой статье цель получилось пояснить более детально, спасибо за то, что прочитали до конца.

Источник

EEPROM и flash память

EEPROM — это энергонезавимая память с электрическим стиранием информации. Количество циклов записи-стирания в этих микросхемах достигает 1000000 раз. Заминающие ячейки в них, также как и в постоянных запоминающих устройствах с электрическим стиранием EPROM, реализуются на основе транзисторов с плавающим затвором. Внутреннее устройство этой запоминающей ячейки приведено на рисунке 1:

Рисунок 1. Запоминающая ячейка ПЗУ с электрическим стиранием (EEPROM)

Ячейка EEPROM памяти представляет собой МОП транзистор, в котором затвор выполняется из поликристаллического кремния. Затем в процессе изготовления микросхемы этот затвор окисляется и в результате он будет окружен оксидом кремния — диэлектриком с прекрасными изолирующими свойствами. В транзисторе с плавающим затвором при полностью стертом ПЗУ, заряда в «плавающем» затворе нет, и поэтому данный транзистор ток не проводит. При программировании, на второй затвор, находящийся над «плавающим» затвором, подаётся высокое напряжение и в него за счет туннельного эффекта индуцируются заряды. После снятия программирующего напряжения индуцированный заряд остаётся на плавающем затворе, и, следовательно, транзистор остаётся в проводящем состоянии. Заряд на его плавающем затворе может храниться десятки лет.

Подобная ячейка памяти применялась в ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием (EPROM). В ячейке памяти с электрическим стиранием возможна не только запись, но и стирание информации. Стирание информации производится подачей на программирующий затвор напряжения, противоположного напряжению записи. В отличие от ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием, время стирания информации в EEPROM памяти составляет около 10 мс.

Структурная схема энергонезависимой памяти с электрическим стиранием не отличается от структурной схемы масочного ПЗУ. Единственное отличие — вместо плавкой перемычки используется описанная выше ячейка. Ее упрощенная структурная схема приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Упрощенная структурная схема EEPROM

В качестве примера микросхем EEPROM памяти можно назвать отечественные микросхемы 573РР3, 558РР3 и зарубежные микросхемы серий AT28с010, AT28с040 фирмы Atmel, HN58V1001 фирмы Hitachi Semiconductor, X28C010 фирмы Intersil Corporation. В EEPROM памяти чаще всего хранятся пользовательские данные в сотовых аппаратах, которые не должны стираться при выключении питания (например адресные книги), конфигурационная информация роутеров или сотовых аппаратов, реже эти микросхемы применяются в качестве конфигурационной памяти FPGA или хранения данных DSP. EEPROM изображаются на принципиальных схемах как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Условно-графическое обозначение электрически стираемого постоянного запоминающего устройства

Чтение информации из параллельной EEPROM памяти производится аналогично чтению из масочного ПЗУ. Сначала на шине адреса выставляется адрес считываемой ячейки памяти в двоичном коде A0. A9, затем подается сигнал чтения RD. Сигнал выбора кристалла CS обычно используется в качестве дополнительного адресного провода для обращения к микросхеме. Временные диаграммы сигналов на входах и выходах этого вида ПЗУ приведены на рисунке 4.

Рисунок 4. Временные диаграммы сигналов чтения информации из EEPROM памяти

На рисунке 5 приведен чертеж типового корпуса микросхемы параллельной EEPROM памяти.

Рисунок 5. Чертеж корпуса микросхемы параллельной EEPROM

Обычно данные, которые хранятся в EEPROM требуются достаточно редко. Время считывания при этом не критично. Поэтому в ряде случаев адрес и данные передаются в микросхему и обратно через последовательный порт. Это позволяет уменьшить габариты микросхем за счет уменьшения количества внешних выводов. При этом используются два вида последовательных портов — SPI порт и I2C порт (микросхемы 25сXX и 24cXX серий соответственно). Зарубежной серии 24cXX соответствует отечественная серия микросхем 558РРX.

Внутренняя схема микросхем серии 24сXX (например AT24C01) приведена на рисунке 6.

Рисунок 6. Внутренняя схема микросхемы AT24C01

Подобные микросхемы широко используются для сохранения настроек телевизоров, в качестве памяти plug and play в компьютерах и ноутбуках, конфигурационной памяти ПЛИС и сигнальных процессоров (DSP). Применение последовательной EEPROM памяти позволило значительно уменьшить стоимость данных устройств и увеличить удобство работы с ними. Пример расположения данной микросхемы на печатной плате карты памяти компьютера приведен на рисунке 7.

Рисунок 7. EEPROM на печатной плате карты памяти компьютера

На рисунке 8 приведена схема электронной карты с применением внешней EEPROM микросхемы.

Рисунок 8. Схема электронной карты с применением внешней EEPROM

На данной схеме микроконтроллер PIC16F84 осуществляет обмен данными с EEPROM памятью 24LC16B. В таких устройствах, как SIM-карта, уже не применяется внешняя микросхема памяти. В SIM-картах сотовых аппаратов используется внутренняя EEPROM память однокристального микроконтроллера. Это позволяет максимально снизить цену данного устройства.

Схема управления для электрически стираемых программируемых ПЗУ получилась сложная, поэтому наметилось два направления развития этих микросхем:

Рисунок 9. Условно-графическое обозначение FLASH памяти

При обращении к постоянному запоминающему устройству сначала необходимо выставить адрес ячейки памяти на шине адреса, а затем произвести операцию чтения из микросхемы. Эта временная диаграмма приведена на рисунке 11.

Рисунок 10. Временные диаграммы сигналов чтения информации из ПЗУ

В настоящее время широко распространилось название флешка. Это связано с внешними накопителями, предназначенными для переноски данных с одного компьютера на другой. В составе подобного устройства основной элемент, это FLASH-ПЗУ. Именно в него записывает данные, полученные по USB-интерфейсу контроллер FLASH памяти. Ну, и считывает, конечно. Фотография печатной платы USB флешки без корпуса приведена на рисунке 11.

Рисунок 11. Внутреннее устройство флешки

Именно микроконтроллер формирует сигналы, временные диаграммы которых показаны на рисунке 10, которые необходимы для работы микросхемы FLASH-ПЗУ.

Дата последнего обновления файла 04.08.2020

Понравился материал? Поделись с друзьями!

Вместе со статьей «Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ)» читают:

Источник

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)

На сегодняшний день классическая двухтранзисторная технология EEPROM практически полностью вытеснена флеш-памятью типа NOR. Однако название EEPROM прочно закрепилось за сегментом памяти малой ёмкости независимо от технологии.

Содержание

История

Элай Харари в 1977 году создал EEPROM с помощью автоэлектронной эмиссии [Источник 2] через плавающий затвор. В 1978 году Джордж Перлегос в Intel разработал процессор Intel 2816, который был построен на более ранней технологии EPROM, но использовал тонкий подзатворный окисленный слой, позволяющий чипу стереть собственные байты без УФ-источника. Перлегос и другие позже использовали технологию, которая подразумевала использование на устройстве конденсаторов для обеспечения необходимого напряжения для программирования микросхемы. [1] [2]

Принцип действия

Принцип работы EEPROM основан на изменении и регистрации электрического заряда в изолированной области (кармане) полупроводниковой структуры. [3]

Ячейка памяти EEPROM представляет собой транзистор, в котором затвор выполняется из поликристаллического кремния. Затем этот затвор окисляется и в результате он будет окружен оксидом кремния — диэлектриком с прекрасными изолирующими свойствами. Изменение заряда («запись» и «стирание») производится приложением между затвором и истоком большого потенциала, чтобы напряженность электрического поля в тонком диэлектрике между каналом транзистора и карманом оказалась достаточна для возникновения туннельного эффекта. Для усиления эффекта туннелирования электронов в карман при записи применяется небольшое ускорение электронов путём пропускания тока через канал полевого транзистора (явление инжекции горячих носителей). После снятия программирующего напряжения индуцированный заряд остаётся на плавающем затворе, и, следовательно, транзистор остаётся в проводящем состоянии. Заряд на его плавающем затворе может храниться десятки лет. Чтение выполняется полевым транзистором, для которого карман выполняет функцию затвора. Потенциал плавающего затвора изменяет пороговые характеристики транзистора, что и регистрируется цепями чтения.

Ранее подобная конструкция ячеек применялась в ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием (EPROM).Сейчас особенностью классической ячейки EEPROM можно назвать наличие второго транзистора, который помогает управлять режимами записи и стирания. Стирание информации производится подачей на программирующий затвор напряжения, противоположного напряжению записи. В отличие от ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием, время стирания информации в EEPROM памяти составляет около 10 мс. Структурная схема энергонезависимой памяти с электрическим стиранием не отличается от структурной схемы масочного ПЗУ. Единственное отличие — вместо плавкой перемычки используется описанная выше ячейка.

Некоторые реализации EEPROM выполнялись в виде одного трёхзатворного полевого транзистора (один затвор плавающий и два обычных). Эта конструкция снабжается элементами, которые позволяют ей работать в большом массиве таких же ячеек. Соединение выполняется в виде двумерной матрицы, в которой на пересечении столбцов и строк находится одна ячейка. Поскольку ячейка EEPROM имеет третий затвор, то, помимо подложки, к каждой ячейке подходят 3 проводника (один проводник столбцов и 2 проводника строк).

Интерфейс

Устройства EEPROM используют последовательный или параллельный интерфейс для ввода/вывода информации.

Устройства с последовательным интерфейсом

Каждое устройство EEPROM, как правило, имеет свой код операций для выполнения различных функций. Функции для SPI EEPROM могут быть:

Ряд других операций, которые поддерживают некоторые EEPROM устройства:

Устройства с параллельным интерфейсом

Параллельные устройства EEPROM обычно содержат в себе 8-битную шину данных и адресную шину достаточного объёма для покрытия всей памяти. Большинство таких устройств имеют защиту записи на шинах и возможность выбора чипа. Некоторые микроконтроллеры содержат в себе такие интегрированные EEPROM. Операции на таких устройствах проще и быстрее в сравнении с последовательным интерфейсом EEPROM, но за счет того, что для его функционирования требуется большое количество точек вывода (28pin и больше), параллельная память EEPROM теряет популярность уступая место памяти типа Flash и последовательной EEPROM.

Другие устройства

Память EEPROM используется для функционирования и в других видах продуктов. Продукты, такие как часы реального времени, цифровые потенциометры, цифровые датчики температуры, в частности, могут иметь небольшое количество EEPROM для хранения информации о калибровке или другие данные, которые должны быть доступны в случае потери питания. Он также был использован на игровых картриджах, чтобы сохранить игровой прогресс и настройки, до использования внешней и внутренней флэш-памяти.

Режимы отказа

Родственные типы памяти

Флэш-память является более поздней формой EEPROM. В промышленности, существует конвенция, чтобы зарезервировать термин EEPROM для побайтно стираемой памяти относительно поблочно стираемой флэш-памяти. EEPROM занимает большую площадь кристалла, чем флэш-память для той же мощности, потому что каждая ячейка обычно требует чтения, записи и стирания, в то время как для стирания Flash схемы памяти используются большие блоки ячеек.

Новые технологии энергонезависимой памяти, такие как в FeRAM и MRAM медленно заменяют EEPROM в некоторых устройствах, но, как ожидается, останется небольшая доля рынка для EEPROM в обозримом будущем.

Сравнение EPROM, EEPROM и Flash

Главными отличиями данных типов памяти являются: программирование и стирание данных с устройства. EEPROM может быть запрограммирован, а данные устройства удалены с помощью автоэлектронной эмиссии.

EPROM же, напротив, использует инжекцию горячих носителей [Источник 6] на плавающем затворе. Стирание осуществляется с помощью ультрафиолетового источника света, хотя на практике многие чипы упакованы в пластик, который является непроницаемым для ультрафиолета, делая их «однократно программируемыми».

Большинство устройств с Flash памятью представляет собой гибрид программирования с помощью инжекции горячих носителей и стирания с помощью автоэлектронной эмиссии.

Источник