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單片機(jī)為何既有Flash又有EEPROM？

時間：2020-09-29 15:29:34

關(guān)鍵字：單片機(jī) 嵌入式

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[導(dǎo)讀]單片機(jī)運(yùn)行時的數(shù)據(jù)都存在于RAM（隨機(jī)存儲器）中，在掉電后RAM 中的數(shù)據(jù)是無法保留的，那么怎樣使數(shù)據(jù)在掉電后不丟失呢？這就需要使用EEPROM 或FLASHROM 等存儲器來實現(xiàn)。

單片機(jī)運(yùn)行時的數(shù)據(jù)都存在于RAM（隨機(jī)存儲器）中，在掉電后RAM 中的數(shù)據(jù)是無法保留的，那么怎樣使數(shù)據(jù)在掉電后不丟失呢？這就需要使用EEPROM 或FLASHROM 等存儲器來實現(xiàn)。

插播一段：ROM最初不能編程，出廠什么內(nèi)容就永遠(yuǎn)什么內(nèi)容，不靈活。后來出現(xiàn)了PROM，可以自己寫入一次，要是寫錯了，只能換一片。隨著不斷改進(jìn)，終于出現(xiàn)了可多次擦除寫入的EPROM，每次擦除要把芯片拿到紫外線上照一下，想一下你往單片機(jī)上下了一個程序之后發(fā)現(xiàn)有個地方需要加一句話，為此你要把單片機(jī)放紫外燈下照半小時，然后才能再下一次，這么折騰一天也改不了幾次。歷史的車輪不斷前進(jìn)，偉大的EEPROM出現(xiàn)了，拯救了一大批程序員，終于可以隨意的修改ROM中的內(nèi)容了。

EEPROM的全稱是“電可擦除可編程只讀存儲器”，即Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory。是相對于紫外擦除的rom來講的。但是今天已經(jīng)存在多種EEPROM的變種，變成了一類存儲器的統(tǒng)稱。

狹義的EEPROM：

這種rom的特點是可以隨機(jī)訪問和修改任何一個字節(jié)，可以往每個bit中寫入0或者1。這是最傳統(tǒng)的一種EEPROM，掉電后數(shù)據(jù)不丟失，可以保存100年，可以擦寫100w次。具有較高的可靠性，但是電路復(fù)雜/成本也高。因此目前的EEPROM都是幾十千字節(jié)到幾百千字節(jié)的，絕少有超過512K的。

Flash:

Flash屬于廣義的EEPROM，因為它也是電擦除的ROM。但是為了區(qū)別于一般的按字節(jié)為單位的擦寫的EEPROM，我們都叫它Flash。

既然兩者差不多，為什么單片機(jī)中還要既有Flash又有EEPROM呢？

通常，單片機(jī)里的Flash都用于存放運(yùn)行代碼，在運(yùn)行過程中不能改；EEPROM是用來保存用戶數(shù)據(jù)，運(yùn)行過程中可以改變，比如一個時鐘的鬧鈴時間初始化設(shè)定為12：00，后來在運(yùn)行中改為6：00，這是保存在EEPROM里，不怕掉電，就算重新上電也不需要重新調(diào)整到6：00。

但最大區(qū)別是其實是： FLASH按扇區(qū)操作，EEPROM則按字節(jié)操作，二者尋址方法不同，存儲單元的結(jié)構(gòu)也不同，F(xiàn)LASH的電路結(jié)構(gòu)較簡單，同樣容量占芯片面積較小，成本自然比EEPROM低，因而適合用作程序存儲器，EEPROM則更多的用作非易失的數(shù)據(jù)存儲器。當(dāng)然用FLASH做數(shù)據(jù)存儲器也行，但操作比EEPROM麻煩的多，所以更“人性化”的MCU設(shè)計會集成FLASH和EEPROM兩種非易失性存儲器，而廉價型設(shè)計往往只有 FLASH，早期可電擦寫型MCU則都是EEPRM結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在已基本上停產(chǎn)了。

在芯片的內(nèi)電路中，F(xiàn)LASH和EEPROM不僅電路不同，地址空間也不同，操作方法和指令自然也不同，不論馮諾伊曼結(jié)構(gòu)還是哈佛結(jié)構(gòu)都是這樣。技術(shù)上，程序存儲器和非易失數(shù)據(jù)存儲器都可以只用FALSH結(jié)構(gòu)或EEPROM結(jié)構(gòu)，甚至可以用“變通”的技術(shù)手段在程序存儲區(qū)模擬“數(shù)據(jù)存儲區(qū)”，但就算如此，概念上二者依然不同，這是基本常識問題。

EEPROM： 電可擦除可編程只讀存儲器，F(xiàn)lash的操作特性完全符合EEPROM的定義，屬EEPROM無疑，首款Flash推出時其數(shù)據(jù)手冊上也清楚的標(biāo)明是EEPROM，現(xiàn)在的多數(shù)Flash手冊上也是這么標(biāo)明的，二者的關(guān)系是“白馬”和“馬”。至于為什么業(yè)界要區(qū)分二者，主要的原因是 Flash EEPROM的操作方法和傳統(tǒng)EEPROM截然不同，次要的原因是為了語言的簡練，非正式文件和口語中Flash EEPROM就簡稱為Flash，這里要強(qiáng)調(diào)的是白馬的“白”屬性而非其“馬”屬性以區(qū)別Flash和傳統(tǒng)EEPROM。

Flash的特點是結(jié)構(gòu)簡單，同樣工藝和同樣晶元面積下可以得到更高容量且大數(shù)據(jù)量下的操作速度更快，但缺點是操作過程麻煩，特別是在小數(shù)據(jù)量反復(fù)重寫時，所以在MCU中Flash結(jié)構(gòu)適于不需頻繁改寫的程序存儲器。

很多應(yīng)用中，需要頻繁的改寫某些小量數(shù)據(jù)且需掉電非易失，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的EEPROM在此非常適合，所以很多MCU內(nèi)部設(shè)計了兩種EEPROM結(jié)構(gòu)，F(xiàn)LASH的和傳統(tǒng)的，以期獲得成本和功能的均衡，這極大的方便了使用者。隨著ISP、IAP的流行，特別是在程序存儲地址空間和數(shù)據(jù)存儲地址空間重疊的MCU系中，現(xiàn)在越來越多的MCU生產(chǎn)商用支持IAP的程序存儲器來模擬EEPROM對應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲器，這是低成本下實現(xiàn)非易失數(shù)據(jù)存儲器的一種變通方法。為在商業(yè)宣傳上取得和雙EEPROM工藝的“等效”性，不少采用Flash程序存儲器“模擬”（注意，技術(shù)概念上并非真正的模擬）EEPROM數(shù)據(jù)存儲器的廠家紛紛宣稱其產(chǎn)品是帶EEPROM的，嚴(yán)格說，這是非常不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模倘擞猩倘说哪康暮头椒?，用Flash“模擬”EEPROM可以獲取更大商業(yè)利益，所以在事實上，技術(shù)概念混淆的始作俑者正是他們。

從成本上講，用Flash“模擬”EEPROM是合算的，反之不會有人干，用EEPROM模擬Flash是怎么回事呢？這可能出在某些程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲空間連續(xù)的MCU上。這類MCU中特別是存儲容量不大的低端MCU依然采用EEPROM作為非易失存儲器，這在成本上反而比采用Flash和傳統(tǒng)EEPROM雙工藝的設(shè)計更低，但這種現(xiàn)象僅僅限于小容量前提下。因Flash工藝的流行，現(xiàn)在很多商人和不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)人員將程序存儲器稱為Flash，對于那些僅采用傳統(tǒng)EEPROM工藝的MCU而言，他們不求甚解，故而錯誤的將EEPROM程序存儲器稱為“ 模擬Flash”，根本的原因是他們未理解Flash只是一種存儲器結(jié)構(gòu)而非存儲器的用途，錯誤的前提自然導(dǎo)致錯誤的結(jié)論。商業(yè)上講，用EEPROM模擬 Flash是不會有人真去做的愚蠢行為，這違背商業(yè)追求最大利益的原則，技術(shù)上也不可行，而對于技術(shù)人員而言。本質(zhì)的問題是Flash是一種存儲器類型而非MCU中的程序存儲器，即使MCU的程序存儲器用的是Flash，但其逆命題不成立。

一家之言，你有什么看法呢？

-END-

【1】干貨：嵌入式C語言源代碼優(yōu)化方案

【2】C語言內(nèi)存泄露很嚴(yán)重，如何應(yīng)對？

【3】C語言函數(shù)指針之回調(diào)函數(shù)

【4】光刻機(jī)原理解析——光刻機(jī)到底在“刻”什么？

【5】華為繼鴻蒙OS后，即將發(fā)布國產(chǎn)編程語言！

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