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引言 在嵌入式系統中，EEPROM憑借使用簡(jiǎn)單、性能可靠、價(jià)格低廉的特點(diǎn)而廣泛應用于小量而又重要的數據存儲領(lǐng)域。目前，嵌入式產(chǎn)品層出不窮，應用繁多，相應的EEPROM隨之出現。其中，兩線(xiàn)EEPROM因其引腳少、封裝小得到廣泛應用。本文主要針對兩線(xiàn)EEPROM AT24C512來(lái)創(chuàng )建文件系統，當然也適用于其他同類(lèi)產(chǎn)品。 1 AT24C512簡(jiǎn)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、結構緊湊、64 KB存儲容量等特點(diǎn)，可以在2線(xiàn)總線(xiàn)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 
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(xiàn)上掛接多片EEPROM芯片時(shí)，用這個(gè)地址來(lái)區分各芯片。 SDA：串行數據。 SCL：串行時(shí)鐘。 WP：寫(xiě)保護。低電平寫(xiě)允許，高電平寫(xiě)禁止。 VCC：電源。 GND：地。 NC：懸空。 1.2 芯片操作簡(jiǎn)介 (1) 設備尋址（device addressing） 在讀寫(xiě)EEPROM前，需要一個(gè)開(kāi)始標志和一個(gè)8位的設備地址去尋址。其設備地址格式如下：
其中，最后一位為讀寫(xiě)操作位，1表示讀操作，0表示寫(xiě)操作。 (2) 寫(xiě)操作 AT24C512提供字節寫(xiě)和 128字節頁(yè)寫(xiě)功能。字節寫(xiě)與頁(yè)寫(xiě)操作主要區別在于：后者不需要每寫(xiě)入一字節就提供一個(gè)結束標志，而是在處理器得到應答信號后繼續寫(xiě)入數據，直到寫(xiě)完小于等于一頁(yè)的數據。字節寫(xiě)和頁(yè)寫(xiě)的操作如圖2和圖3所示。
圖2字節寫(xiě)操作
圖3頁(yè)寫(xiě)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(xiě)操作同。當前地址讀操作不發(fā)送片內地址，每次只讀取當前地址的數據，片內讀地址自動(dòng)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(gè) ACK，EEPROM收到此ACK后地址自動(dòng)加1，接著(zhù)輸出下一個(gè)字節數據，直到控制器返回NO ACK時(shí)，讀過(guò)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(zhuān)用兩線(xiàn)接口，可用來(lái)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A(yíng)T91RM9200內部有兩線(xiàn)控制器，因此對AT24C512的訪(fǎng)問(wèn)只需操作 AT91RM9200的內部寄存器，而無(wú)需人為模擬AT24C512的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)序。這為編程提供了方便，同時(shí)也保證了可靠性。這里以寫(xiě)操作的流程為例，簡(jiǎn)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(xiě)流程 3 Linux塊設備驅動(dòng) 3.1 Linux塊設備驅動(dòng)模型[3] 在Linux系統中（本文使用Linux內核2.6.28），設備驅動(dòng)程序通常有固定的模式，既為編寫(xiě)具體的驅動(dòng)程序提供了方便，也減少了錯誤的發(fā)生。在編寫(xiě)塊設備驅動(dòng)程序時(shí)，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(xiě)操作時(shí)內核會(huì )調用該函數；open函數，用于打開(kāi)設備；release函數，用于釋放設備；ioctl函數，用于查詢(xún)或設置一些信息。最后向內核注冊磁盤(pán)。在這個(gè)過(guò)程中，最重要的一個(gè)結構是 struct gendisk。上述所描述的處理函數都被寫(xiě)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(shí)，磁盤(pán)設備將被激活，并隨時(shí)會(huì )調用它提供的方法。 3.2 在塊設備驅動(dòng)中訪(fǎng)問(wèn)EEPROM 為了訪(fǎng)問(wèn)EEPROM，就需要將對EEPROM的操作與塊設備驅動(dòng)關(guān)聯(lián)起來(lái)。首先是在塊設備驅動(dòng)初始化代碼中調用at91_twi_init對EEPROM進(jìn)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(jìn)行讀寫(xiě)操作，這樣就使得塊設備驅動(dòng)和EEPROM關(guān)聯(lián)起來(lái)了。 為了提高效率，在對EEPROM寫(xiě)操作時(shí)采用頁(yè)寫(xiě)模式。這里要注意的是，需要對寫(xiě)入的數據進(jìn)行分割，因為AT24C512 提供的是128字節頁(yè)寫(xiě)功能，如果多于128字節，需分成128字節的倍數。同時(shí)注意，在一次寫(xiě)結束時(shí)，應等待1個(gè)寫(xiě)周期時(shí)間，再進(jìn)行其他的操作；在進(jìn)行讀操作時(shí)，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A(yíng)T24C512只有64 KB的容量，建立文件系統時(shí)，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(lái)作出決定。 下面以msdos、minix、ext2文件系統為例作個(gè)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(gè)目錄下。在未寫(xiě)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
AT24C512 EEPROM只有64 KB容量，相比磁盤(pán)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(diǎn)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(gè)字符，ext2文件系統支持的文件名長(cháng)度則高達255個(gè)字符。當然，實(shí)際采用何種文件系統應根據具體要求來(lái)作出選擇。 5 結論 由于A(yíng)T24C512這類(lèi)串行EEPROM本身固有的特性，在寫(xiě)入和讀取文件操作時(shí)，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(yōu)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(lái)了極大的便利，也大大地簡(jiǎn)化了應用程序的編寫(xiě)。 參考文獻 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設備驅動(dòng)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(lái)源：單片機與嵌入式系統應用 2010 (2) |
