延长FLASH和EEPROM芯片写入次数的小方法

注：本文是作者以前发表在其个人博客，现在发布到“聚丰开发”专栏

开发电子产品时，常常需要断电后保存某些数据，这就需要使用 FLASH或EEPROM芯片，这两种芯片，可擦除的次数是有限制的，通常FLASH为10万次，EEPROM要多一点，为100万甚至1000万次。 FLASH的擦除不能单个字节进行，有一个最小单位，存储容量相对比较大，适合大量数据的存储；EEPROM可以单个字节进行擦除，存储容量不大，只适合存储少量的设置数据。

先以FLASH和EEPROM需要写入一个字节为例来说明新数据是如何写入的。假定都是在首地址要写入新数据0x55。不管是FLASH还是EEPROM。 对于FLASH，写操作只能将数据位从1改写为0，如果想要将数据位从0改为1，就需要进行擦除操作，而且这个擦除最小单位是page（可能是256字节或更多）。

现在要在首地址写入0x55，稳妥的方法是先擦除这个地方，也就是要擦除第一个page，擦除操作会一并将首地址后面的另外255个字节也擦除掉，如果这255个字节保存有其它数据，还需要把这些数据先进行备份，擦除第一个page后再将0x55和备份的255个字节写进去。也不是必须擦除第一个page，写操作可以完成数据位1到0的转变，利用这一特性结合首地址原来的内容，我们就有可能不用进行擦除操作，比如原来内容为0xFF，显然可以直接写入0x55，原内容为0xF5，同样也可以写入0x55，但如果原内容为0xAA，执行写0x55则会得到完全错误的结果，写完后内容依然为 0x00，因为对于0x55所有需要保持为1的位数据0xAA都是0，写0x55会把0xAA为1的位全清0，原来为0的位不会改变。

对于EEPROM，写操作既可以将数据位从1改写为0，也可以将数据位从0改写为1，不需要进行单独的擦除操作，要写0x55直接将0x55写到首地址，不管原来内容为什么，完成写操作后内容都是0x55。

一开始我们说了FLASH和EEPROM都有可擦除的最大次数（EEPROM实际上没有擦除操作），虽然这个数字看着不小，但对于程序来说并不大，比如EEPROM为10万次，如果我们以每秒一次的间隔依次写入0xFF和0x00，则只能维持 100000/3600=27.78小时，也就是一天多就可以超出其最大寿命次数，不能再可靠写入所需的内容。

这种可写入的最大次数是芯片的特性决定的，我们无法改变，所以在使用这些芯片时，我们应充分考虑最大写入次数这一参数，要确保产品在实际工作中不超过这一参数。实际上许多时候只要程序做出针对性处理，有可能让产品的最大写入次数超过芯片的寿命，还是以EEPROM来做说明。

假定现在有一个产品，需要保存一些参数，参数的个数并不多，总共为10个字节，用EEPROM来保存就可以满足需求，我们选用了容量为256字节的 EEPROM，如果我们不做过多考虑，很有可能就是直接将这10个字节从EEPROM的首地址开始保存，每次改写也是直接修改这部分内容，这样我们最多可以保存参数10万次。只要我们做一点简单处理，就可以将保存参数的次数成倍增加，来看看我们应该如何实现。

直接保存的最简方法：

地址 0x00 0x01 0x02 ... 0x09

内容 data1 data2 data3 ... data10

改进的保存方法：

处理方法是将256字节按16字节大小分成16等份，按后面格式存储参数

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

内容 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为0xA5表示当前16个字节为正在使用的记录，为其它值表示当前16字节已经丢弃。

读取参数的时候先从地址0x10*n+0x00读flag，如果为0xA5表明当前记录为正在使用中，读出全部内容，并按前面公式进行校验，如果校验出错，则当前参数不可靠，直接使用默认参数，并将当前区域的flag改写为0，同时在地址0x10*(n+1)位置开始将默认参数写入，地址0x10* (n+1)写入内容为0xA5。如果所有区域都没有发现有效记录，在地址0写入默认参数。

每次需要更改参数设定时，先将当前记录位置的flag改为0，然后再下一条记录位置写入新的参数，这个顺序可以做出适当改进，比如对写入时断电等意外情况做出考虑，从而得到更可靠的写入结果，不过就按此方法也都可以满足应用需求。

再来对比一下两种方法，最简方法只能保存10万次，改进的方法理论上增加了16倍，达到160万次，如果预估最简方法产品是3年内绝对不会出错，现在就增加到了48年，一个电子产品使用超过3年还是有可能，但用48年的可能性就非常之小，可以视同为0。对于FLASH芯片也是同样道理，这里就不重复举例说明，在应用中也应该做出同样的处理。