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引言 在嵌入式系統(tǒng)中，EEPROM憑借使用簡單、性能可靠、價格低廉的特點而廣泛應(yīng)用于小量而又重要的數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域。目前，嵌入式產(chǎn)品層出不窮，應(yīng)用繁多，相應(yīng)的EEPROM隨之出現(xiàn)。其中，兩線EEPROM因其引腳少、封裝小得到廣泛應(yīng)用。本文主要針對兩線EEPROM AT24C512來創(chuàng)建文件系統(tǒng)，當(dāng)然也適用于其他同類產(chǎn)品。 1 AT24C512簡介[1] AT24C512是 Atmel公司生產(chǎn)的串行電可擦的可編程存儲器。它采用8引腳封裝，具有可掉電記憶、結(jié)構(gòu)緊湊、64 KB存儲容量等特點，可以在2線總線上并接多片芯片，適用于具有較大容量重要數(shù)據(jù)存儲要求的嵌入式系統(tǒng)。 1.1 封裝及引腳介紹 
圖1 AT24C512引腳圖 AT24C512有多種封裝：TSSOP、PDIP、SOIC、dBGA2、SAP等。其引腳順序如圖1所示。 A0,A1：設(shè)備地址。當(dāng)串行總線上掛接多片EEPROM芯片時，用這個地址來區(qū)分各芯片。 SDA：串行數(shù)據(jù)。 SCL：串行時鐘。 WP：寫保護。低電平寫允許，高電平寫禁止。 VCC：電源。 GND：地。 NC：懸空。 1.2 芯片操作簡介 (1) 設(shè)備尋址（device addressing） 在讀寫EEPROM前，需要一個開始標(biāo)志和一個8位的設(shè)備地址去尋址。其設(shè)備地址格式如下：
其中，最后一位為讀寫操作位，1表示讀操作，0表示寫操作。 (2) 寫操作 AT24C512提供字節(jié)寫和 128字節(jié)頁寫功能。字節(jié)寫與頁寫操作主要區(qū)別在于：后者不需要每寫入一字節(jié)就提供一個結(jié)束標(biāo)志，而是在處理器得到應(yīng)答信號后繼續(xù)寫入數(shù)據(jù)，直到寫完小于等于一頁的數(shù)據(jù)。字節(jié)寫和頁寫的操作如圖2和圖3所示。
圖2字節(jié)寫操作
圖3頁寫操作 (3) 讀操作 AT24C512的讀操作有多種模式，包括當(dāng)前地址讀、隨機地址讀和連續(xù)多字節(jié)讀3種方式。讀操作基本與寫操作同。當(dāng)前地址讀操作不發(fā)送片內(nèi)地址，每次只讀取當(dāng)前地址的數(shù)據(jù)，片內(nèi)讀地址自動加1，直到讀完整片EEPROM后置0。隨機地址讀操作需先指定片內(nèi)地址，然后讀出數(shù)據(jù)。而連續(xù)多字節(jié)讀操作則綜合了上述兩種方式，既可以是當(dāng)前地址讀，也可以是隨機地址讀。每當(dāng)處理器接收到一字節(jié)數(shù)據(jù)后返回一個 ACK，EEPROM收到此ACK后地址自動加1，接著輸出下一個字節(jié)數(shù)據(jù)，直到控制器返回NO ACK時，讀過程結(jié)束。 2 AT24C512與主控芯片的連接 采用Atmel公司的工控芯片AT91RM9200[2]作為主控芯片。AT91RM9200有專用兩線接口，可用來連接AT24C512。AT24C512與主控芯片的連接如圖4所示。
圖4 AT24C512與主控芯片的連接電路 由于AT91RM9200內(nèi)部有兩線控制器，因此對AT24C512的訪問只需操作 AT91RM9200的內(nèi)部寄存器，而無需人為模擬AT24C512的訪問時序。這為編程提供了方便，同時也保證了可靠性。這里以寫操作的流程為例，簡要介紹在主控芯片AT91RM9200下如何對AT24C512進(jìn)行編程，如圖5所示。
圖5 寫流程 3 Linux塊設(shè)備驅(qū)動 3.1 Linux塊設(shè)備驅(qū)動模型[3] 在Linux系統(tǒng)中（本文使用Linux內(nèi)核2.6.28），設(shè)備驅(qū)動程序通常有固定的模式，既為編寫具體的驅(qū)動程序提供了方便，也減少了錯誤的發(fā)生。在編寫塊設(shè)備驅(qū)動程序時，首先用register_blkdev注冊塊設(shè)備，之后分配處理函數(shù)。處理函數(shù)主要包括：request函數(shù)，當(dāng)有讀寫操作時內(nèi)核會調(diào)用該函數(shù)；open函數(shù)，用于打開設(shè)備；release函數(shù)，用于釋放設(shè)備；ioctl函數(shù)，用于查詢或設(shè)置一些信息。最后向內(nèi)核注冊磁盤。在這個過程中，最重要的一個結(jié)構(gòu)是 struct gendisk。上述所描述的處理函數(shù)都被寫入該結(jié)構(gòu)體，將該結(jié)構(gòu)體必要的字段賦值后，就可使用add_disk將該結(jié)構(gòu)體添加入內(nèi)核。此時，磁盤設(shè)備將被激活，并隨時會調(diào)用它提供的方法。 3.2 在塊設(shè)備驅(qū)動中訪問EEPROM 為了訪問EEPROM，就需要將對EEPROM的操作與塊設(shè)備驅(qū)動關(guān)聯(lián)起來。首先是在塊設(shè)備驅(qū)動初始化代碼中調(diào)用at91_twi_init對EEPROM進(jìn)行初始化，然后在塊設(shè)備傳輸函數(shù)block_transfer中調(diào)用AT91_TWI_Read和AT91_TWI_Write進(jìn)行讀寫操作，這樣就使得塊設(shè)備驅(qū)動和EEPROM關(guān)聯(lián)起來了。 為了提高效率，在對EEPROM寫操作時采用頁寫模式。這里要注意的是，需要對寫入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，因為AT24C512 提供的是128字節(jié)頁寫功能，如果多于128字節(jié)，需分成128字節(jié)的倍數(shù)。同時注意，在一次寫結(jié)束時，應(yīng)等待1個寫周期時間，再進(jìn)行其他的操作；在進(jìn)行讀操作時，為了提高效率，應(yīng)采用連續(xù)多字節(jié)讀方式。 4 建立文件系統(tǒng) 為了按文件方式存取EEPROM，在塊設(shè)備之上建立文件系統(tǒng)是必要的。由于AT24C512只有64 KB的容量，建立文件系統(tǒng)時，應(yīng)該選擇本身占用空間少的文件系統(tǒng)。當(dāng)然這要根據(jù)具體需求來作出決定。 下面以msdos、minix、ext2文件系統(tǒng)為例作個比較。首先分別使用mkdos、mkfs.minix、mke2fs 對塊設(shè)備格式化，并掛載到某個目錄下。在未寫入任何文件數(shù)據(jù)的情況下，其結(jié)果如表1所列。 表1 文件系統(tǒng)對比
AT24C512 EEPROM只有64 KB容量，相比磁盤等大容量的存儲設(shè)備，除穩(wěn)定性外，最主要考慮的是有效空間利用率。從表1中可以看出，在這3種文件系統(tǒng)中，msdos文件系統(tǒng)的空間利用率要高一些，minix文件系統(tǒng)次之，ext2文件系統(tǒng)最低。但是msdos文件系統(tǒng)的缺點是只支持8.3格式的文件名，而minix文件系統(tǒng)支持的文件名最多為14個字符，ext2文件系統(tǒng)支持的文件名長度則高達(dá)255個字符。當(dāng)然，實際采用何種文件系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)具體要求來作出選擇。 5 結(jié)論 由于AT24C512這類串行EEPROM本身固有的特性，在寫入和讀取文件操作時，其響應(yīng)速度要低于NOR Flash、NAND Flash等存儲設(shè)備。盡管如此，EEPROM也有其優(yōu)勢，目前仍然大量應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。在EEPROM上建立文件系統(tǒng)，給存取帶來了極大的便利，也大大地簡化了應(yīng)用程序的編寫。 參考文獻(xiàn) 1. Atmel.Two-wire Serial EEPROM AT24C512 datasheet[OL].[2009-09].http://www.atmel.com/atmel/acrobat/doc1116.pdf. 2. Atmel.AT91RM9200 datasheet[OL].[2009-09].http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc1768_cn.pdf. 3. Corbet Jonathan,Rubini Alessandro,Kroah-Hartman Greg.Linux設(shè)備驅(qū)動程序[M].魏永明,譯.3版.北京:中國電力出版社,2006. 作者：劉輝 蔣朝根（西南交通大學(xué),信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,成都,610031） 來源：單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 2010 (2) |
