Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

Логично придумать способ хранения констант, которые могут быть изменены в процессе эксплуатации, отдельно от программы. Для этой цели и служит энергонезависимая память данных, называемая EEPROM. Большинство МК семейства AVR имеют не менее 512 байт такой памяти, а младшие модели семейства Tuny — 64—128 байт. Для подавляющего большинства применений этого более чем достаточно. Не задерживаясь сейчас на вопросе, как осуществлять перезапись констант в процессе эксплуатации (этому вопросу будет посвящена глава 16 ), рассмотрим детали обращения с EEPROM.

Сохранность данных в EEPROM

Как мы уже говорили (см. главу 11 ), EEPROM и flash-память программ принципиально не отличаются, и предназначены для хранения данных в отсутствие питания. Однако между ними есть кардинальное различие: EEPROM может быть перезаписана в любой момент программой самого МК. В этом слабость всей системы: при снижении питания ниже определенных величин МК начинает совершать непредсказуемые операции, и EEPROM с большой вероятностью может быть повреждена. Для защиты от этой «напасти» (и вообще от выполнения каких-то операций, которые иногда могут навредить внешним устройствам) в AVR предусмотрена система BOD (см. главу 13 ), которая при снижении напряжения питания ниже определенного порога (4 или 2,7 В) «загоняет» МК в состояние сброса. Это помогает, но, как показывает опыт, для абсолютной защищенности данных в EEPROM, к сожалению, встроенной системы BOD недостаточно. Возможно, она недостаточно быстродействующая или в ней не слишком надежно фиксируется момент срабатывания, но факты свидетельствуют, что даже при включенной BOD данные все же могут быть повреждены.

Не исключено, что система BOD все время совершенствуется, но автор предпочитает не экспериментировать и использует самый надежный и проверенный способ с внешним монитором питания. Это небольшая микросхема (как правило, трехвыводная), которая при снижении питания ниже допустимого закорачивает свой выход на «землю». Если питание в пределах нормы, то выход находится в состоянии «разрыва» и никак не влияет на работу схемы. Присоединив этот выход к выводу Reset, мы получаем надежный предохранитель (рис. 15.5).

Рис. 15.5. Подсоединение внешнего монитора питания МС34064к МК (схема из руководства фирмы Motorola)

Для напряжений питания 5 В один из самых популярных мониторов питания — микросхема МС34064, которая имеет встроенный порог срабатывания 4,6 В, выпускается в корпусе ТО-92 с гибкими выводами и обладает достаточно малым собственным потреблением (менее 0,5 мА). Время срабатывания у нее составляет при плавном снижении напряжения порядка 200 не, что достаточно для предотвращения выполнения «вредных» команд.

Если у вас питание автономное (от батарей), то к выбору монитора питания следует подходить довольно тщательно — так, чтобы не приводить схему в неработоспособное состояние тогда, когда батареи еще не исчерпали свой ресурс. При напряжении питания схемы 3,3 В пригодны приборы DS1816-10, MAX809S, при напряжении питания 3,0 В — DS1816-20 или MAX803R, а также некоторые другие.

Отметим, что рекомендуемый в фирменных описаниях способ защиты EEPROM вводом МК в состояние пониженного энергопотребления (см. главу 17 ) довольно сложно осуществить на практике. Если же вы все же умудритесь его задействовать, то следует учитывать, особенно в случае батарейного питания, что при резком снижении потребления напряжение источника немедленно повысится, что при относительно малом значении гистерезиса монитора питания (для МС34064 — 20 мВ) обязательно вызовет «дребезг» схемы. Увеличить гистерезис можно включением еще нескольких резисторов, но лучше обойтись вводом в режим сброса, как более простым и надежным способом.

Запись и чтение EEPROM

Запись и чтение данных в EEPROM осуществляется через специальные регистры ввода/вывода: регистр данных EEDR, регистр адреса EEAR(если объем EEPROM более 256 байт, то он делится на два — EEARHи EEARL) и регистр управления EECR. Основная особенность этого процесса — медленность процедуры записи, которая для разных моделей AVR может длиться от 2 до 9 мс, в тысячи раз дольше, чем выполнение обычных команд (обратим внимание, что в отличие от записи чтение осуществляется всего за один машинный цикл, даже быстрее, чем из обычной SRAM).

Для удобства проведения всех подобных процедур, которые могут длиться достаточно долго, в AVR предусмотрено соответствующее прерывание. В данном случае прерывание EEPROM может генерироваться по окончании очередного цикла записи, когда память свободна. Использовать его удобно, если нам требуется производить запись достаточно больших массивов: например, для 100 байтов запись может длиться почти секунду, и тормозить МК на весь этот период было бы неразумно. Тогда основная схема действий будет такой: разрешить прерывание EEPROM, и «внутри него» произвести запись очередного байта. Когда массив заканчивается, прерывания EEPROM запрещаются.

Такой метод можно назвать «правильным», но он заметно сложнее простого «лобового» метода, рекомендуемого, кстати, и в фирменном описании. Простой метод состоит в том, что мы запускаем бесконечный цикл ожидания, пока EEPROM освободится, и только тогда выполняем запись (или чтение) данных. В этом случае, если нам нужно записать всего один байт, МК вообще не будет затормаживаться (перед первой записью память свободна), и лишь при записи нескольких байтов подряд будет возникать упомянутая задержка. Факт задержки стоит учесть на будущее, когда нам придется стыковать запись в EEPROM с процедурами приема данных из последовательного порта, а во всех остальных ситуациях это практически не играет никакого значения: как вы увидите, в простейшем случае запись в EEPROM в процессе эксплуатации нам вообще не потребуется.

Процедура записи в EEPROM, которую мы будем использовать (листинг 15.7), ничем не отличается от приводимой в фирменных описаниях контроллеров, и я ее привожу в удобных для нас обозначениях регистров.

Листинг 15.7

WriteEEP: ;в ZH:ZL — адрес EEPROM куда писать

;в temp — записываемый байт

sbic EECR,EEWE ;ждем очистки бита

rjmp WriteEEP ;разрешения записи EEWE

out EEARH,ZH ;старший адреса

out EEARL,ZL ;младший адреса

out EEDR,temp ;данные

sbi EECR,EEMWE ;установить флаг разрешения записи

sbi EECR,EEWE ;установить бит разрешения

ret ;(конец WriteEEP)

Установленный нами бит разрешения EEWEв регистре управления сбросится автоматически, когда запись закончится — этого сброса мы и ожидаем в начале процедуры. Естественно, в самый первый раз никакого ожидания на самом деле не потребуется. На всякий случай то же самое рекомендуется делать и при чтении, но практически всегда (если только мы не читаем непосредственно после записи), это не будет задерживать программу дольше, чем на время выполнения команды sbic, т. е. на два машинных цикла. Так как при чтении не требуется устанавливать никаких флагов, то процедура получается несколько короче (листинг 15.8).