延長FLASH和EEPROM芯片寫入次數的小方法

注：本文是作者以前發表在其個人博客，現在發布到“聚豐開發”專欄

開發電子產品時，常常需要斷電后保存某些數據，這就需要使用 FLASH或EEPROM芯片，這兩種芯片，可擦除的次數是有限制的，通常FLASH為10萬次，EEPROM要多一點，為100萬甚至1000萬次。 FLASH的擦除不能單個字節進行，有一個最小單位，存儲容量相對比較大，適合大量數據的存儲；EEPROM可以單個字節進行擦除，存儲容量不大，只適合存儲少量的設置數據。

先以FLASH和EEPROM需要寫入一個字節為例來說明新數據是如何寫入的。假定都是在首地址要寫入新數據0x55。不管是FLASH還是EEPROM。 對于FLASH，寫操作只能將數據位從1改寫為0，如果想要將數據位從0改為1，就需要進行擦除操作，而且這個擦除最小單位是page（可能是256字節或更多）。

現在要在首地址寫入0x55，穩妥的方法是先擦除這個地方，也就是要擦除第一個page，擦除操作會一并將首地址后面的另外255個字節也擦除掉，如果這255個字節保存有其它數據，還需要把這些數據先進行備份，擦除第一個page后再將0x55和備份的255個字節寫進去。也不是必須擦除第一個page，寫操作可以完成數據位1到0的轉變，利用這一特性結合首地址原來的內容，我們就有可能不用進行擦除操作，比如原來內容為0xFF，顯然可以直接寫入0x55，原內容為0xF5，同樣也可以寫入0x55，但如果原內容為0xAA，執行寫0x55則會得到完全錯誤的結果，寫完后內容依然為 0x00，因為對于0x55所有需要保持為1的位數據0xAA都是0，寫0x55會把0xAA為1的位全清0，原來為0的位不會改變。

對于EEPROM，寫操作既可以將數據位從1改寫為0，也可以將數據位從0改寫為1，不需要進行單獨的擦除操作，要寫0x55直接將0x55寫到首地址，不管原來內容為什么，完成寫操作后內容都是0x55。

一開始我們說了FLASH和EEPROM都有可擦除的最大次數（EEPROM實際上沒有擦除操作），雖然這個數字看著不小，但對于程序來說并不大，比如EEPROM為10萬次，如果我們以每秒一次的間隔依次寫入0xFF和0x00，則只能維持 100000/3600=27.78小時，也就是一天多就可以超出其最大壽命次數，不能再可靠寫入所需的內容。

這種可寫入的最大次數是芯片的特性決定的，我們無法改變，所以在使用這些芯片時，我們應充分考慮最大寫入次數這一參數，要確保產品在實際工作中不超過這一參數。實際上許多時候只要程序做出針對性處理，有可能讓產品的最大寫入次數超過芯片的壽命，還是以EEPROM來做說明。

假定現在有一個產品，需要保存一些參數，參數的個數并不多，總共為10個字節，用EEPROM來保存就可以滿足需求，我們選用了容量為256字節的 EEPROM，如果我們不做過多考慮，很有可能就是直接將這10個字節從EEPROM的首地址開始保存，每次改寫也是直接修改這部分內容，這樣我們最多可以保存參數10萬次。只要我們做一點簡單處理，就可以將保存參數的次數成倍增加，來看看我們應該如何實現。

直接保存的最簡方法：

地址 0x00 0x01 0x02 ... 0x09

內容 data1 data2 data3 ... data10

改進的保存方法:

處理方法是將256字節按16字節大小分成16等份，按后面格式存儲參數

地址 0x10*n +0x00 +0x01 +0x02 ... +0x09 +0x0A +0x0B +0x0C +0x0D +0x0E +0x0F

內容 flag data1 data2 ... data9 data10 保留1 保留2 保留3 保留4 check_sum

check_sum=(flag+data1+data2+...+data10+保留1+...+保留4 )&0xFF

flag為0xA5表示當前16個字節為正在使用的記錄，為其它值表示當前16字節已經丟棄。

讀取參數的時候先從地址0x10*n+0x00讀flag，如果為0xA5表明當前記錄為正在使用中，讀出全部內容，并按前面公式進行校驗，如果校驗出錯，則當前參數不可靠，直接使用默認參數，并將當前區域的flag改寫為0，同時在地址0x10*(n+1)位置開始將默認參數寫入，地址0x10* (n+1)寫入內容為0xA5。如果所有區域都沒有發現有效記錄，在地址0寫入默認參數。

每次需要更改參數設定時，先將當前記錄位置的flag改為0，然后再下一條記錄位置寫入新的參數，這個順序可以做出適當改進，比如對寫入時斷電等意外情況做出考慮，從而得到更可靠的寫入結果，不過就按此方法也都可以滿足應用需求。

再來對比一下兩種方法，最簡方法只能保存10萬次，改進的方法理論上增加了16倍，達到160萬次，如果預估最簡方法產品是3年內絕對不會出錯，現在就增加到了48年，一個電子產品使用超過3年還是有可能，但用48年的可能性就非常之小，可以視同為0。對于FLASH芯片也是同樣道理，這里就不重復舉例說明，在應用中也應該做出同樣的處理。