Внутренняя энергонезависимая память EEPROM. Что такое EEPROM? Eeprom объем памяти

В прошлый раз, когда я писал свой "развёрнутый ответ на вопрос" о том, как забэкапить прошивку с "Меги" меня упрекнули, что я не упомянул про бэкап EEPROM. В тот раз я не сделал этого сознательно, т.к. справедливо рассудил, что не стоит всё усложнять на этапе первоначального "подхода к снаряду". Дело в том, что не для всех очевиден тот факт, что EEPROM не прошивается при компиляции и заливки прошивки из Arduino IDE. То есть, это означает, что абсолютно ничего в EEPROM не заливается, когда прошивка заливается из IDE. А манипуляции с EEPROM (если его использование вообще включено в прошивке) производятся абсолютно на другом уровне. И следовательно, для бэкапа голой прошивки без тонких настроек, которые ВОЗМОЖНО (только возможно) могут храниться в EEPROM, вполне было достаточно сохранить только голую прошивку. Но раз уж возник вопрос, то почему бы его не "разжевать". Давайте пройдёмся по порядку.Что такое EEPROM и зачем вести о нём речь?
EEPROM - (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) область энергонезависимой памяти микроконтроллера, в которую можно записать и прочитать информацию. Зачастую его используют для того, чтобы хранить настройки программы, которые могут меняться в процессе эксплуатации, и которые необходимо хранить при отключенном питании.

Как 3D принтер использует EEPROM?
Рассмотрим на примере Marlin"а. В Marlin Firmware "из коробки" EEPROM не используется. Параметры конфигуратора (Configuration.h), которые включают возможность его использования, по умолчанию, закомментированы.

#define EEPROM_SETTINGS
#define EEPROM_CHITCHAT

Если включено использование EEPROM, то принтер может хранить и использовать следующие настройки (подсмотрено у буржуев):

• Количество шагов на миллиметр
• Максимальная/минимальная скорость подачи [мм/с]
• Максимальное ускорение [мм/с^2]
• Ускорение
• Ускорение при ретракте
• Настройки PID
• Отступ домашней позиции
• Минимальная скорость подачи во время перемещения [мм/с]
• Минимальное время участка [мс]
• Максимальный скачок скорости по осям X-Y [мм/с]
• Максимальный скачок скорости по оси Z [мм/с]

• Store memory
• Load memory
• Restore Failsafe

• M500 Сохраняет текущие настройки в EEPROM до следующего запуска или выполнения команды M501.
• M501 Читает настройки из EEPROM.
• M502 Сбрасывает настройки на значения по-умолчанию, прописанные в Configurations.h. Если выполнить после неё M500, в EEPROM будут занесены значения по-умолчанию.
• M503 Выводит текущие настройки – ""Те, что записаны в EEPROM.""

Как считать и записать данные в EEPROM?
Аналогично, описанному в , методу бэкапа прошивки, используя ключ -U . Только в данном случае после него будет указатель на то, что считывать нужно EEPROM.

avrdude.exe -p atmega2560 -c wiring -PCOM5 -b115200 -Ueeprom:r:"printer_eeprom".eep:i

Запись тоже не представляет из себя ничего сложного и выполняется аналогичной командой, которая отличается только тем, что в ключе -U стоит не "r", а "w".

avrdude.exe -p atmega2560 -c wiring -PCOM5 -b115200 -Ueeprom:w:"printer_eeprom".eep:i

Урок 15

Часть 1

Внутренняя энергонезависимая память EEPROM

Я думаю, может не все, но очень многие знают, что в контроллерах AVR помимо основной оперативной памяти, а также памяти для хранения прошивки существует ещё и энергонезависимая память типа EEPROM . Данная память сделана по технологии электрического стирания информации, что в отличие от её предшественника EPROM, в котором стирание производилось только при помощи ультрафиолетовых лучей, позволило использовать данный тип памяти практически повсеместно. Как мы знаем, ещё существует энергонезависимая память типа Flesh, которая стоит намного дешевле, но у которой также есть существенный минус. Там невозможно стереть отдельный байт, стирание производится только блоками, что не совсем удобно в некоторых случаях, особенно когда информации требуется хранить немного, и информация данная представляет собой небольшие настроечные параметры. Поэтому нам стоит также остановиться на данном типе памяти. И причем не только из-за того, что он присутствует в контроллере, а из-за того, что это очень удобно для хранения некоторых величин, которые нужны нам будут даже после того, как контроллер потерял питание.

Так как мы работаем с контроллером Atmega8A, техническую документацию данного МК мы и откроем и увидим там, что всего такой памяти у нас 512 байт. Это тем не менее не так мало. Если мы, например будем какой-нибудь будильник программировать, чтобы данные установки не потерялись после отключения питания, мы вполне можем с вами обратиться к данной памяти. Также в документации написано, что данная память гарантированно переживёт 100000 циклов записи/считывания.

Теперь напрашивается вопрос. Как же организован процесс работы с данной памятью в микроконтроллере AVR ? Как всегда, компания Atmel об этом позаботилась и организовала данный процесс на аппаратном уровне, что очень радует потому, что нам постоянно приходится беречь ресурсы контроллера. Для управления данным аппаратным уровнем существуют определенные регистры.

Один из них — регистровая пара EEAR . Почему пара, а потому что 512 адресов не влезут в 8 бит, требуется ещё один

Как именно мы будем адресоваться, мы увидим в процессе программирования EEPROM .

Следующий — регистр данных EADR

В данный регистр мы будем записывать данные для того чтобы записать их в определённый адрес памяти EEPROM, а также чтобы считать их из определённого адреса той же самой памяти.

Ну и как водится, практически ни одна периферия и технология, организованная на аппаратном уровне, не обходится без управляющего регистра. У нас управляющим регистром является регистр EECR

Давайте сразу немного познакомимся с битами данного регистра.

Бит EERE — бит, заставляющий начать процесс чтения из памяти EEPROM. И, как только данные считались и записались в регистр данных, этот бит сбросится. Поэтому мы можем считать даннй бит не только управляющим, но и статусным или битом состояния.

Бит EEWE — бит, установка которого даёт команду контроллеру записать данные из регистра данных в определенный адрес EEPROM. После завершения процедуры записи, данный бит также сбрасывается самостоятельно.

Бит EEMWE — бит, разрешающий (не начинающий) процесс записи.

Бит EERIE — бит, разрешающий прерывания.

Ну, теперь перейдём к проекту. Проект был создан обычным стандартным образом и назван Test13 . Также был подключен файл main.h и созданы файлы eeprom.h и eeprom.c .

Вот исходный код созданных файлов

Test13.c:

#include "main.h"

int main ( void )

{

while (1)

{

}

}

#ifndef MAIN_H_

#define MAIN_H_

#define F_CPU 8000000UL

#include

#include

#include

#include

#include

#include "eeprom.h"

#endif /* MAIN_H_ */

eeprom.h

#ifndef EEPROM_H_

#define EEPROM_H_

#include "main.h"

void EEPROM_write ( unsigned int uiAddress , unsigned char ucData );

unsigned char EEPROM_read ( unsigned int uiAddress );

#endif /* EEPROM_H_ */

eeprom.c

#include "eeprom.h"

Сначала, соответственно, мы попробуем записать данные в память EEPROM. Ну, оно и логично, так как пока мы ничего не записали, нам читать также нечего.

Ну, давайте не будем забивать голову и вставим код функции записи, также и функции чтения из примера в технической документации в файл eeprom.c и уберем англоязычные комментарии, вставив туда русскоязычные. После всех исправлений файл станет вот таким

#include "eeprom.h"

void EEPROM_write ( unsigned int uiAddress , unsigned char ucData )

{

while ( EECR & (1<< EEWE ))

{}

EEAR = uiAddress ; //Устанавливаем адрес

EEDR = ucData ; //Пищем данные в регистр

EECR |= (1<< EEMWE ); //Разрешаем запись

EECR |= (1<< EEWE ); //Пишем байт в память

}

unsigned char EEPROM_read ( unsigned int uiAddress )

{

while ( EECR & (1<< EEWE ))

{} //ждем освобождения флага окончания последней операцией с памятью

EEAR = uiAddress ; //Устанавливаем адрес

EECR |= (1<< EERE ); //Запускаем операцию считывания из памяти в регистр данных

return EEDR ; //Возвращаем результат

}

Напишем прототипы на данные функции в файле eeprom.h

#include "main.h"

void EEPROM_write ( unsigned int uiAddress , unsigned char ucData );

unsigned char EEPROM_read ( unsigned int uiAddress );

Теперь вызовем функцию записи в функции main() и тем самым попробуем записать какую-нибудь 8-битную величину по адресу 1. Вообще, адресация в данной памяти начинается с 0

int main ( void )

EEPROM_write (1, 120);

While (1)

Используем мы в качестве опытов ту же самую отладочную плату, вообще ничего к ней не подключая

Соберём проект и перейдём в программу для прошивки Avrdude .

Выберем там наш файл прошивки, затем попытаемся считать контроллер, затем всё сотрем по кнопке "стереть все"

Также в программе avrdude есть ещё одна строка "Eeprom". Данную строку мы можем использовать, чтобы записать в данную память не программно, а из файла. Но мы будем писать из нашей программы, а данную строку будем использовать, чтобы читать в файл память EEPROM. Можно написать в эту строку путь от руки и файл создастся сам. Напишем, например "C:\1\11111" и нажмем "Чтение", и по данному пути запишется в указанный файл вся информация из памяти EEPROM

Вы можете писать любой путь, лишь бы только указанный в нем слева носитель с такой буквой существовал и был доступен для записи. Также папку лучше создать тоже заранее.

Найдём теперь на диске данный файл и откроем его в блокноте

Данный файл имеет приблизительно такой же формат как и файл прошивки. Сначала адрес, затем 32 байта информационных и затем контрольная сумма на эти 32 байта. Если мы не разу не записывали ничего в память EEPROM, то по всем адресам у нас будут FF, то есть во всех битах памяти у нас единички.

Закрываем файл, пытаемся прошить контроллер, затем опять читаем память EEPROM в файл и откроем файл

Мы видим, что в файл записалось число "78", что и означает 120 в десятичном формате.

Теперь попробуем нажать кнопку "Стереть всё", в этом случае память EEPROM стетеься не должна.

Читаем опять EEPROM в файл, открываем файл и видим, что память стёрлась, у нас опять везде "FF".

Почему так произошло? Потому что нужно настроить фьюзы. Читаем фьюзы

Обратим внимание на бит EESAVE. Когда данный бит в единице (как у нас и есть, биты же с инверсией), то мы заставляем при отключении питания, а также при стирании стирать память EEPROM. А чтобы такого не происходило, данный бит нужно сбросить, то есть поставить в него галку и прошить фьюзы.

Прошиваем фьюзы, стираем контроллер, прошиваем контроллер, опять стираем, читаем память EEPROM в файл и открываем его. Теперь мы видим, что ничего у нас не стёрлось

Теперь попробуем отключить контроллер от питания и подать через некоторое время питание опять. Опять читаем EEPROM в файл, у нас всё цело. Отлично!

В следующей части урока мы попробуем программно прочитать данные из памяти EEPROM.

Смотреть ВИДЕОУРОК (нажмите на картинку)

Post Views: 7 259

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:

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.

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.

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.

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

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.

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.

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

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:

1. ЕСППЗУ (EEPROM) - электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство
2. FLASH-ПЗУ

FLASH - ПЗУ отличаются от ЭСППЗУ тем, что стирание производится не каждой ячейки отдельно, а всей микросхемы в целом или блока запоминающей матрицы этой микросхемы, как это делалось в РПЗУ.

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.

На рисунке 10 стрелочками показана последовательность, в которой должны формироваться управляющие сигналы. На этом рисунке RD - это сигнал чтения, A - сигналы выбора адреса ячейки (так как отдельные биты в шине адреса могут принимать разные значения, то показаны пути перехода как в единичное, так и в нулевое состояние), D - выходная информация, считанная из выбранной ячейки ПЗУ.

Литература:

Вместе со статьей "Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ)" читают:

Все микроконтроллеры семейства Mega имеют в своем составе энергонезависимую память (EEPROM память). Объем этой памяти колеблется от 512 байт в моделях ATmega8x до 4 Кбайт в старших моделях. EEPROM память расположена в своем адресном пространстве и так же, как и ОЗУ, организована линейно. Для работы с EEPROM памятью используются три регистра ввода/вывода: регистр адреса, регистр данных и регистр управления.

Регистр адреса

Регистр адреса EEPROM памяти EEAR (EEPROM Address Register) физически размещается в двух РВВ EEARH:EEARL , расположенных по
адресам $1F ($3F) и $1E ($3E) соответственно. В этот регистр загружается адрес ячейки, к которой будет производиться обращение. Регистр адреса доступен как для записи, так и для чтения. При этом в регистре EEARH задействуются только младшие разряды (количество задействованных разрядов зависит от объема EEPROM памяти). Незадействованные разряды регистра EEARH доступны только для чтения и содержат «0».

Регистр данных

Регистр данных EEPROM памяти EEDR (EEPROM Data Register) расположен по адресу $1D ($3D). При записи в этот регистр загружаются данные, которые должны быть помещены в EEPROM , а при чтении в этот регистр помещаются данные, считанные из EEPROM .

Регистр управления

Регистр управления EEPROM памяти EECR (EEPROM Control Register) расположен по адресу $1C ($3C). Этот регистр используется для
управления доступом к EEPROM памяти. Его описание показано ниже в таблице:

Для записи одного байта в EEPROM необходимо:

1. Дождаться готовности EEPROM к записи данных (ждать пока не сбросится флаг EEWE регистра EECR).

2. Дождаться завершения записи во FLASH память программ (ждать пока не сбросится флаг SPMEN регистра SPMCR).

3. Загрузить байт данных в регистр EEDR, а требуемый адрес - в регистр EEAR (при необходимости).

4. Установить в «1» флаг EEMWE регистра EECR.

5. Записать в разряд EEWE регистра EECR лог. «1» в течение 4-х машинных циклов. После установки этого разряда процессор
пропускает 2 машинных цикла перед выполнением следующей инструкции.

Для чтения одного байта из EEPROM необходимо:

1. Проконтролировать состояние флага EEWE. Дело в том, что пока выполняется операция записи в EEPROM память (флаг EEWE установлен), нельзя выполнять ни чтения EEPROM памяти, ни изменения регистра адреса.

2. Загрузить требуемый адрес в регистр EEAR.

3. Установить в «1» разряд EERE регистра EECR.

Когда запрошенные данные будут помещены в регистр данных EEDR, произойдет аппаратный сброс этого разряда. Однако следить за состоянием разряда EERE для определения момента завершения операции чтения не требуется, т. к. операция чтения из EEPROM всегда выполняется за один машинный цикл. Кроме того, после установки разряда EERE в «1» процессор пропускает 4 машинных цикла перед началом выполнения следующей инструкции.

В среде AVR Studio GCC есть стандартная библиотека для работы с EEPROM которая включается подключением файла . Основными функциями являются eeprom_read_byte(), eeprom_write_byte(), eeprom_read_word(), eeprom_write_word(). Для примера напишем программу мини-счетчика от 0 до 9, где при нажатии на одну кнопку будет добавляться значение, а на другую кнопку будет сохраняться это значение в памяти. Микроконтроллер Atmega8 работает от внутреннего тактового генератора частотой 8МГц. Одноразрядный семисегментный индикатор с общим анодом через токоограничительные резисторы R1-R7 подключается к порту В, общий анод к плюсу питания. Схема показана ниже:

Для начала подключаем необходимые для работы библиотеки, в том числе EEPROM. Определяем переменные. Переменная "s" хранит значение для вывода на индикатор, при нажатии на кнопку SB1 это значение увеличивается на единицу, но не больше 10. Переменная eeprom_var будет взаимодействовать с EEPROM. При включении питания читается EEPROM, считанные данные присваиваются переменной "s", исходя из этого на индикатор выводится определенная цифра. При нажатии на SB2 данные из переменной "s" записываютя в EEPROM, при этом индикатор мигнет один раз.

#include #include #include #define d0 ~(0x3F) // 0 #define d1 ~(0x06) // 1 #define d2 ~(0x5B) // 2 #define d3 ~(0x4F) // 3 #define d4 ~(0x66) // 4 #define d5 ~(0x6D) // 5 #define d6 ~(0x7D) // 6 #define d7 ~(0x07) // 7 #define d8 ~(0x7F) // 8 #define d9 ~(0x6F) // 9 unsigned char s; unsigned char eeprom_var EEMEM; // определяем переменную в EEPROM int main (void) { DDRB = 0xFF; // Порт В на выход PORTB = 0xFF; DDRD = 0x00; // Порт D на вход PORTD = 0xFF; // Включаем подтагивающие резисторы s = eeprom_read_byte(&eeprom_var); // считываем байт из EEPROM и помещаем его в "s" while(1) { if((PIND&(1 << PD0)) == 0) // если кнопка SB1 нажата { while((PIND&(1 << PD0)) == 0){} // ждем отпускания кнопки s++; // увеличиваем "s" на единицу _delay_ms(200); } if(s == 10) // Когда дойдет до 10 обнуляем "s" { s = 0; } if((PIND&(1 << PD1)) == 0) // если кнопка SB2 нажата { while((PIND&(1 << PD1)) == 0){} // ждем отпускания кнопки DDRB = 0xFF; // мигаем индикатором _delay_ms(200); DDRB = 0x00; _delay_ms(200); DDRB = 0xFF; eeprom_write_byte(&eeprom_var, s); // записываем "s" в EEPROM _delay_ms(200); } if(s==0) // Выводим цифры на индикатор PORTB = d0; if(s==1) PORTB = d1; if(s==2) PORTB = d2; if(s==3) PORTB = d3; if(s==4) PORTB = d4; if(s==5) PORTB = d5; if(s==6) PORTB = d6; if(s==7) PORTB = d7; if(s==8) PORTB = d8; if(s==9) PORTB = d9; } }

Комментарии

0 AntonChip 02.05.2013 22:15

Цитирую Макс:

Может я что-то путаю,но если у Вас индикатор с ОА, то достаточно одного резистора на линии 5в.Зачем ставить токоограничительные резисторы после элемента, который они должны защищать от большого тока??

0 AntonChip 15.05.2013 11:16

Цитирую gydok:

А как записать в eeprom двумерный массив?