一种延长EEPROM使用寿命的标记算法

黄 华，李晓锋,曾小宝

(张家界航空工业职业技术学院，湖南 张家界 427000)

0 引言

在嵌入式控制系统中，通常会使用EEPROM保存一些掉电后不丢失内容的参数。但EEPROM的写入次数有限，如果系统需要频繁更改参数，极有可能超过EEPROM的使用寿命，如果用于保存参数的EEPROM因为反复擦写而失效，将导致系统运行需要的重要参数丢失，使系统不能正常可靠的工作。

一般来说EEPROM的寿命是100万次擦写，现在一些低成本单片机使用Flash ROM来模拟EEPROM，保存参数数据，它们往往只有10万次的擦写寿命。如果参数不需要频繁的改动，10万次的擦写次数完全够用了，比如即便10分钟擦写一次，可以工作694年。但是，假如系统10秒擦写一次数据，10万次的使用寿命只够系统运行100000/(360*24) = 11.5天，这时就希望EEPROM能有更长的使用寿命。

1 设计原理

各种延长EEPROM使用寿命的基本原理都是利用空间换时间，一般来说嵌入式控制系统需要保存的参数数据只有几个字节，相对而言EEPROM的容量比要存储的数据量大得多。如果我们将这些信息保存到EEPROM中固定的地址处，就会出现这样的情况：一方面保存参数的存储单元因为反复擦写已经损坏，另一方面EEPROM中还剩余大量完好未使用的存储单元。

若我们能将EEPROM所有单元都利用起来，使得数据的擦写均匀分布到EEPROM的每一个单元，就可以大大延长EEPROM的使用使命[1]。比如，如果需要保存的参数总共8个字节，EEPROM的容量有256字节，将参数保存平均分布到256字节后，相当于将EEPROM的寿命提高了256/8倍，10万次的擦写寿命就提高到320万次，这就大大提高了系统的使用寿命，因而提高了系统的可靠性。如果这样的擦写寿命仍然不够使用，只需要提高EEPROM的容量就可以得到更高的使用寿命。

采用这种方法后，参数信息就不是保存在EEPROM的固定地址区域，我们需要一种方法来找到EEPROM中保存参数的位置，并且每次将参数写入到不同的EEPROM地址处[2]。为了确定每次保存参数的地址，文献1中介绍了“用后还原法”、“地址指针法”，但这些方法都比较麻烦，通用性不强，使得开发困难，为此笔者研究了一种“打包标记”算法，来查找每次参数的保存位置。

2 算法描述

本算法在保存参数时，并不是直接将参数保存到EEPROM中，而是先将参数“打包”后再存放，“打包”后要保存的数据包格式为：

这里，Flag1、Flag2是一个选择用来标记参数存放位置的特殊数据，尽量选择Flag1、Flag2的值与所保存的参数不一样，以便于识别。采用这样的数据包格式存放数据后，查找参数保存地址的算法可描述如下：

1) 设置搜索地址addr为0，查找次数search_times为0；

2) 将addr地址处内容与Flag1比较，若相等，则执行第4步；

3) 搜索地址前进1个单位，如果到了最大的EEPROM地址，折回到0地址，查找次数加1；

4) 读入N个单元的数据到缓冲区，查找次数加N；

5) 读入第N+1个单元，并将其与Flag2比较，如果相等，说明找到了数据存放的单元，将addr保存到全局变量，成功返回，否则继续执行第6步；

6) 判断查找次数是否大于EEPROM容量，若小于，回到第2步继续搜索，若大于，说明没有找到曾经保存了参数，这说明系统并没有经过初始化，返回查找失败。

写入参数的算法可描述如下：

1) 每次写入之前，需要先查找一遍EEPROM，找到以前存放数据的起始地址；

2) 向上一次存放参数的地址的Flag1标志擦除清0；

3) 向前跳过N+1个单元，跳过上一次写入参数的EEPROM地址，开始写入数据。

3 算法实现与测试

该算法的实现由load_parma、save_parma两个函数组成，算法中调用eeprom_read函数和eeprom_write函数分别实现数据的读取和写入，如要将该算法移植到不同的系统，只需要实现这两个底层写入函数即可。load_parma函数查找参数保存的地址并存放到param_start_address全局变量，并将参数加载到buf数组缓冲区，save_parma函数跳过当前参数在EEPROM中存放的区域，写入下一个EEPROM区域。

bool load_parma(unsigned char *buf, unsigned char len)

{

unsigned int search_times=0;

unsigned int addr;

unsigned char flag=0;

unsigned char check_sum;

unsigned char i=0;

for(search_times=0;search_times

{

//从当前的参数存放起始地址开始查找

flag=eeprom_read(param_start_address);

//当前地址不是参数启示的标志字节

//跳出循环，从下一个字节继续搜索

if(flag!=PARAM_FLAG1)

{

param_start_address=next_eeprom_addr(param_start_address);

continue;

}

//找到标志字节,加载数据

addr=param_start_address;

//check_sum=PARAM_FLAG;

for(i=0;i

{

addr=next_eeprom_addr(addr);

buf[i]=eeprom_read(addr);

//check_sum^=buf[i];

}

addr=next_eeprom_addr(addr);

if(eeprom_read(addr)==PARAM_FLAG2)

{

//找到参数存放位置

return true;

}

//校验和计算不正确，是错误的标志字节，重新搜索

param_start_address=next_eeprom_addr(param_start_address);

}

//全部搜索完毕，未找到已保存参数

return false;

}

bool save_param(unsigned char *buf, unsigned char len){

unsigned char flag=0;

//unsigned char check_sum=PARAM_FLAG;

unsigned char i=0;

unsigned int addr;

//如果参数起始地址为标志字节，说明已经保存过参数

flag=eeprom_read(param_start_address);

if(flag==PARAM_FLAG1){

//擦掉上一次保存的标志字节

eeprom_write(param_start_address, 0);

//切换下一个个区块来保存数据

for(i=0;i

param_start_address=next_eeprom_addr(param_start_address);

//跳过Flag2单元

param_start_address=next_eeprom_addr(param_start_address);

}

eeprom_write(param_start_address,PARAM_FLAG1);

addr=next_eeprom_addr(param_start_address);

for(i=0;i

{

eeprom_write(addr,buf[i]);

//check_sum^=buf[i];

addr=next_eeprom_addr(addr);

}

eeprom_write(addr,PARAM_FLAG2);

return true;

}

为了验证算法的有效性，笔者在PC机上编写了一个测试程序，用内存模拟EEPROM，将随机数据先使用save_parma保存，在使用load_parma读取，将读取到的数据与写入前的数据进行比对，经过100亿次的循环测试，数据没有出现错误，这说明该算法是有效可行的。

4 结语

本文给出一种延长EEPROM使用寿命的算法，在笔者使用该算法设计的一个数据记录仪系统上应用，系统已经长时间稳定运行，经实践检验该算法运行可靠，具有一定的参考价值。