AVR104 缓存和中断方式EEPROM写入.doc

AVR104: 缓存和中断方式EEPROM写入 翻译：邵子扬AVR104: 缓存和中断方式EEPROM写入翻译：邵子扬 2006年8月18日1 特点l 多字节 EEPROM 缓存l 高效 EEPROM 访问l 缓存访问控制l EEPROM 缓存重写2 介绍许多应用中使用了 AVR 单片机内置的 EEPROM 来保存和恢复参数。存放单个字节到 EEPROM 的编程时间在 3 到 8.5 ms 左右，在这个写入时间里写入访问被禁止。传统上是使用查询法来判断 EEPROM 写入是否完成的，这篇应用笔记介绍一种使用缓存和中断方法，明显的提高了程序的性能，和查询法相比还减少了电源的功耗（在等待期间可以进入休眠模式）。提高性能和降低功耗直接关系到系统。当执行 EEPROM 写访问查询时，所有资源（除了中断）都被查询所占用，而中断法在“等待” EEPROM 写入完成中断时，可以将单片机释放出来去执行其它代码。与查询法相比，中断驱动写每字节的 EEPROM 最多可以释放 8.5 ms 时间 依赖于芯片编程时间和系统时钟频率。3 理论AVR 单片机既可以通过中断方式也可以通过查询方式写内部的 EEPROM，两种方法有各自的优点，但是从执行性能看要选择中断方式。3.1 轮询法轮询就是在读写时，查询 EEWE 状态标志位来保证写周期已经完成。如果写周期还在进行中，单片机将等待并不停检查标志位，直到标志位被清楚后才继续进行。检查自编程是否被激活也是必要的，在需要时，要等待 SPM 操作完成。如果不使用自编程，可以忽略这个步骤。一旦标志位被清除，就可以启动下一个 EEPROM 操作了。轮询法的优点是代码紧凑，主要缺点是单片机在等待 EEPROM 写入时浪费了很多时间。一个典型的单字节写子程序如下：EEPROM_WR: ;EEPROM Write Sub-Routinesbic EECR, EEWE ;If EEWE Not Clearrjmp EEPROM_WR ;Wait LongerSPM_BUSY: ;(Omit if Self-Programming is Not Used)sbic SPMCR, SPMEN ;If SPMEN Not Clearrjmp SPM_BUSY ;Wait Longerout EEARH, r16;Output Address Byte (High)out EEARL, r17;Output Address Byte (Low)out EEDR, r18 ;Output Data Bytecli ;Disable Global Interruptssbi EECR, EEMWE ;Set Master Write Enablesbi EECR, EEWE;Set EEPROM Write Strobe;This instruction takes four clock;cycles.sei ;Enable Global Interruptsret ;Return From Sub-Routine3.2 中断法在中断驱动法，不需要查询 EEWE 状态位确定 EEPROM 写入完成，EEPROM 就绪中断是 EEWE 状态位被清除时触发的。如果使用了自编程，还是需要查询 SPMEN 状态位的，保证当前没有处于自编程状态。中断驱动法的主要优点是减少了处理器的负荷。如果使用了缓存中断驱动 EEPROM 访问的效率更高：缓存保存需要写入 EEPROM 的参数，中断程序从缓存中获取数据。中断复位程序 (ISR) 的复杂度和写入 EEPROM 的字节数有关。这个程序对单字节缓存是相对简单的，但是当需要写入多字节时就变得复杂了。为了写入多字节，缓存区需要一个计数变量，用来跟踪当前使用的缓冲区位置。计数器就是缓存索引指针。3.3 缓存结构在一个努力简化和增强的多字节写入中断驱动法，在片内 SRAM 中构造了两个缓冲区。两个缓冲区分别负责缓存地址和数据。Atmega 系列最小 EEPROM 是 512 字节，这需要 2 字节标识地址，这样1 字节的 EEPROM 缓存就是 3 个字节。图1. EEPROM 访问的 数据和地址 LIFO 缓存3.3.1 缓存大小缓存 EEPROM 写入主要考虑的因素之一是缓冲区的大小。缓冲区大小影响性能，因为需要搜索缓冲区查找 EEPROM 地址是否已经在缓存中了；如果在就需要在写入时更新，或者在读取时返回其内容。EEPROM 也扮演了决定合适缓冲区大小的角色，必须考虑包括 EEPROM 和 EEPROM 使用和/或更新的字节数。如果有许多字节在短时间内要写入 EEPROM，缓存需要足够大来容纳这些数据。提供一个方法来决定合适的缓存大小超出了这篇文档的范围，缓存大小需要由具体程序来评估，上面介绍过的指导方针可以提供足够帮助来决定合适的缓存大小。3.4 缓存结果当缓存内容写入片内 EEPROM 时，一对特殊条件必须考虑。首先，需要决定一个更新的参数包含在缓存还没有写入 EEPROM 时在读或写 EEPROM时需要什么。读和写程序需要分别创建，先搜索缓存检查期望的位置是否包含在缓冲区中。如果期望的位置在缓冲区中，执行读或写命令时数据被返回或更新。如果期望位置不在缓冲区中，使用读指令访问 EEPROM 并返回数据。同样，如果是写命令，数据将放入缓存中没有使用的位置并排队写 EEPROM。3.4.1 使用 EEPROM缓存中断写 EEPROM 的主要威胁来自电源掉电。如果系统使用了缓存中断驱动写 EEPROM，而又同时发生了电源掉电，整个缓冲区将会丢失，包括 EEPROM 数据和地址的缓存。因此，必须仔细仔细考虑和分析怎样避免这种情况。AVR 休眠模式将不影响缓冲区的内容，因为从休眠中唤醒时寄存器和 SRAM 不会改变。但是 EE_RDY ISR 在休眠模式下必须考虑额外的因素：无论在 Idle 或 ADC 降噪模式下 EE_RDY 中断复位程序可以唤醒单片机，但是在其它休眠模式不行。为了能使用其它休眠模式，如果数据放入缓存中休眠模式将被修改，当缓存是空时休眠模式返回到它之前的状态。这自然意味着当 EEPROM 缓冲区包含数据时休眠模式不被修改。这允许程序其余部分调用 SLEEP 指令而不考虑是否要修改模式以适合 EEPROM 写入。必须小心决定什么时候执行真正的 EEPROM 写操作。当正在自编程时是不能写 EEPROM 的！EEPROM 写入只有在自编程结束后才能进行。此外，推荐在 Vcc 低时不要进行写入操作以避免 EEPROM 写错误(详细的查看数据手册)。4 执行缓存中断控制 EEPROM 写的例子是基于 IAR EWAVR v2.28A 编译器的。但是只需很少的修改就可以用于 ImageCraft、CodeVisionAVR 或其它任何 C 编译器下。例子的代码由两个函数和中断复位程序组成。EEPROM_PutChar() 将缓存的内容写入 EEPROM， EEPROM_GetChar() 获取并返回指定位置 EEPROM 的数据。最后，EE_RDY 中断复位程序处理EEPROM 写入过程。下面的流程图说明了 EEPROM_PutChar() 和 EEPROM_GetChar() 函数，以及 EE_RDY ISR。图2. EEPROM_PutChar(uint, uchar) 流程图当进入 EEPROM_PutChar() 程序，首先搜索缓冲区查找期望的地址。如果地址在缓冲区中，就用新数据更新缓冲区并返回主程序；否则地址和数据都需要放入缓冲区。两种情况下，都禁止中断，以防止 EEPROM ISR 在缓冲区更新时访问缓冲区。在放入新的地址和数据时，需要检查缓冲区空间。如果缓冲区有可以空间，添加数据到缓冲区并返回；否则，如果缓冲区满,则执行中断方式 EEPROM 写入。一旦写入完成并清理出缓冲区，数据就可以添加到缓冲区了。另外，EEPROM_PutChar() 函数还允许 EEPROM Ready 中断并设置休眠模式为 Idle。图3. EEPROM_GetChar(uint) 流程图一旦进入 EEPROM_GetChar() 程序，首先分析缓冲区以查找指定地址。如果地址找到，取出对应的数据并返回；如果在缓冲区中没有找到，程序从 EEPROM 中取出数据再返回。先分析缓冲区是因为缓冲区包含了更新过而尚未写入 EEPROM 的数据。图4. EE_RDY 中断服务程序流程在执行 EE_RDY ISR 前，必需检测是否处于自编程状态。如果是，需要等待自编程结束 (如果你的设计不使用自编程，可以忽略这一步骤)。在判断 EEPROM 可以写入之后，执行下面简单的 EEPROM 写入算法(也可以在数据手册中找到) 。1. 写入地址到 EEAR 寄存器。2. 写入数据到 EEDR 寄存器。3. EECR 寄存器的 EEMWE 位置 1，EEWE 位置 0。4. 在设置 EEMWE 位后的 4 个时钟周期内将 EEMWE 位置 1。当 EEWE 置位后，单片机在执行下一个指令前停止两个周期。当写入后，EEWE 位由硬件自动清除。在此之后，ISR 写入 $FFFF 到地址位以及写入 $FF 到数据位清空 EEPROM 缓冲区内容。如果缓冲区是空的，EEPROM Ready 中断被禁止，重新设置调用 EEPROM_PutChar 之前的休眠模式。5 代码脚注代码的脚注如下表所示。表1. 内存的使用内存不优化大小优化速度优化代码440388418数据50(1)50(1)50(1)注意: 1. Buffersize = 166 增强功能这里使用的缓冲区是后进先出（Last In First Out：LIFO）的，通常也被称为堆栈。在堆栈缓冲区，数据因为 LIFO 可能保持没有写入 EEPROM。缓冲区可以被修改为先进先