《電子技術應用》
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文件系統在EEPROM中的應用
單片機與嵌入式系統應用
劉輝,蔣朝根 西南交通大學
摘要: 摘要: 介紹文件系統在Atmel公司的EEPROM芯片AT24C512中的應用。本文主要針對嵌入式Linux系統,通過編寫EEPROM的塊設備驅動程序,并格式化為相應的文件系統,從而達到按文件方式存取EEPROM的目的。
Abstract:
Key words :

摘要: 介紹文件系統在Atmel公司的EEPROM芯片AT24C512中的應用。本文主要針對嵌入式Linux系統,通過編寫EEPROM的塊設備驅動程序,并格式化為相應的文件系統,從而達到按文件方式存取EEPROM的目的。

關鍵詞: EEPROM; AT24C512; Linux; 文件系統

引言

  在嵌入式系統中,EEPROM憑借使用簡單、性能可靠、價格低廉的特點而廣泛應用于小量而又重要的數據存儲領域。目前,嵌入式產品層出不窮,應用繁多,相應的EEPROM隨之出現。其中,兩線EEPROM因其引腳少、封裝小得到廣泛應用。本文主要針對兩線EEPROM AT24C512來創建文件系統,當然也適用于其他同類產品。

1  AT24C512簡介[1]

  AT24C512是Atmel公司生產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、結構緊湊、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據存儲要求的嵌入式系統。

1.1  封裝及引腳介紹

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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:設備地址。當串行總線上掛接多片EEPROM芯片時,用這個地址來區分各芯片。
SDA:串行數據。
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) 設備尋址(device addressing)

  在讀寫EEPROM前,需要一個開始標志和一個8位的設備地址去尋址。其設備地址格式如下:

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  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提供字節寫和128字節頁寫功能。字節寫與頁寫操作主要區別在于:后者不需要每寫入一字節就提供一個結束標志,而是在處理器得到應答信號后繼續寫入數據,直到寫完小于等于一頁的數據。字節寫和頁寫的操作如圖2和圖3所示。

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圖2字節寫操作

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圖3頁寫操作

(3) 讀操作

  AT24C512的讀操作有多種模式,包括當前地址讀、隨機地址讀和連續多字節讀3種方式。讀操作基本與寫操作同。當前地址讀操作不發送片內地址,每次只讀取當前地址的數據,片內讀地址自動加1,直到讀完整片EEPROM后置0。隨機地址讀操作需先指定片內地址,然后讀出數據。而連續多字節讀操作則綜合了上述兩種方式,既可以是當前地址讀,也可以是隨機地址讀。每當處理器接收到一字節數據后返回一個ACK,EEPROM收到此ACK后地址自動加1,接著輸出下一個字節數據,直到控制器返回NO ACK時,讀過程結束。

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。

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圖4  AT24C512與主控芯片的連接電路

  由于AT91RM9200內部有兩線控制器,因此對AT24C512的訪問只需操作AT91RM9200的內部寄存器,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進行編程,如圖5所示。

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圖5  寫流程

3  Linux塊設備驅動

3.1  Linux塊設備驅動模型[3]

  在Linux系統中(本文使用Linux內核2.6.28),設備驅動程序通常有固定的模式,既為編寫具體的驅動程序提供了方便,也減少了錯誤的發生。在編寫塊設備驅動程序時,首先用register_blkdev注冊塊設備,之后分配處理函數。處理函數主要包括:request函數,當有讀寫操作時內核會調用該函數;open函數,用于打開設備;release函數,用于釋放設備;ioctl函數,用于查詢或設置一些信息。最后向內核注冊磁盤。在這個過程中,最重要的一個結構是struct gendisk。上述所描述的處理函數都被寫入該結構體,將該結構體必要的字段賦值后,就可使用add_disk將該結構體添加入內核。此時,磁盤設備將被激活,并隨時會調用它提供的方法。

3.2  在塊設備驅動中訪問EEPROM

  為了訪問EEPROM,就需要將對EEPROM的操作與塊設備驅動關聯起來。首先是在塊設備驅動初始化代碼中調用at91_twi_init對EEPROM進行初始化,然后在塊設備傳輸函數block_transfer中調用AT91_TWI_Read和AT91_TWI_Write進行讀寫操作,這樣就使得塊設備驅動和EEPROM關聯起來了。

  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,需要對寫入的數據進行分割,因為AT24C512 提供的是128字節頁寫功能,如果多于128字節,需分成128字節的倍數。同時注意,在一次寫結束時,應等待1個寫周期時間,再進行其他的操作;在進行讀操作時,為了提高效率,應采用連續多字節讀方式。

4  建立文件系統

  為了按文件方式存取EEPROM,在塊設備之上建立文件系統是必要的。由于AT24C512只有64 KB的容量,建立文件系統時,應該選擇本身占用空間少的文件系統。當然這要根據具體需求來作出決定。

  下面以msdos、minix、ext2文件系統為例作個比較。首先分別使用mkdos、mkfs.minix、mke2fs 對塊設備格式化,并掛載到某個目錄下。在未寫入任何文件數據的情況下,其結果如表1所列。

表1  文件系統對比
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  AT24C512 EEPROM只有64 KB容量,相比磁盤等大容量的存儲設備,除穩定性外,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種文件系統中,msdos文件系統的空間利用率要高一些,minix文件系統次之,ext2文件系統最低。但是msdos文件系統的缺點是只支持8.3格式的文件名,而minix文件系統支持的文件名最多為14個字符,ext2文件系統支持的文件名長度則高達255個字符。當然,實際采用何種文件系統應根據具體要求來作出選擇。

5  結論

  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,其響應速度要低于NOR Flash、NAND Flash等存儲設備。盡管如此,EEPROM也有其優勢,目前仍然大量應用于嵌入式系統中。在EEPROM上建立文件系統,給存取帶來了極大的便利,也大大地簡化了應用程序的編寫。

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