在一個單片機系統中，往往要求系統能夠為用戶保存一些參數或數值。這些數據被要求在系統斷電后不會“消失”，并在下一次開機后能夠被讀取和修改。

　　隨著單片機內部集成功能的不斷增加，使用片外數據存儲器的做法逐漸被含有片內可擦寫存儲單元的單片機所取代。早期用戶可將需要保存的數據存放在片內Flash內，但這種做法對Flash 內程序代碼乃至整個系統存在安全性隱患，在片內集成獨立的數據存儲區成了單片機芯片設計的必然趨勢。例如Atmel 公司在AVR 系列單片機產品中，就融入了先進的E2 PROM 電可擦除技術，使該公司的單片機具備了優秀的品質，在結構、性能和功能等方面都有明顯的優勢。但不管是將數據保存在Flash 內還是保存在E2PROM 內，都存在一個存儲單元可擦寫次數的上限。通常芯片廠家標明的是1 000 000 次以上;而對于單片機系統的設計者來說，有部分保存在E2PROM 內的數據在系統運行過程中是需要被頻繁擦寫的。當存放這些數據的片內存儲單元達到擦寫次數上限時，這個存儲單元就不能再使用了，從而會導致系統出現故障。

　　另外，單片機內部的E2PROM 空間相對于有待保存的數據量來說是有很大富余的。也就是說，當單片機由于

　　內部E2PROM 擦寫次數超過極限而不能正常工作時，片內仍然有較多的E2PROM 空間沒有被利用過，因而產生單片機內部資源的極大浪費。

　　本文以AVR 系列單片機中的ATmega8 為例，從程序設計角度出發，提出一種切實可行的E2PROM 數據存儲策略，最大限度地提高片內E2 PROM 空間的利用率，從而解決上面提到的問題。

　　1、E2PROM數據動態存儲的基本要求

　　一般，把數據存儲方式設定為靜態，即為固定的地址指定惟一的變量，任何時候讀取和改寫此地址內數據的操作均視為對該變量的讀取和改寫。然而這樣的存儲方式若被用于E2PROM 內的數據存儲，當E2PROM 的某一單元因過量擦寫而失效后，這個固定地址內所存放的變量就失去了有效的對應物理空間，這是在做E2PROM 數據存儲時不愿意看到的。

　　解決上述問題的有效方法是對E2PROM 數據實行動態存儲。其基本要求和目標是：

　　① 在整個系統使用壽命內，使E2PROM 空間得到最大利用;

　　② 系統能夠辨別不能使用的E2PROM 單元，從而保障數據安全。

　　2 、策略分析

　　為方便敘述，將整個E2PROM 空間分為以下幾個部分：統稱已經分配給用戶使用的地址連續的E2PROM 區

　　域為“占用塊”;稱未曾分配的地址連續的E2PROM 區域為“可利用塊”或“空閑塊”。另外，為記錄占用塊的使用情況，還要在E2PROM 內劃定一個地址連續的區域作為“目錄表”。這個目錄表記錄的是占用塊中實際占用空間的地址。與此對應的， 占用塊中另外的部分就是廢棄空間（單元） 。

　　采取這樣的策略，在高地址的空閑塊中先放入目錄表。該目錄表的大小決定于占用塊中實際占用單元的多少，目錄表記錄實際占用單元的地址;占用塊從低地址的空閑塊開始分配，系統不再回收已經分配的占用塊，一直到占用塊中出現廢棄單元，系統就為其把現有的占用塊擴大，同時修改目錄表中的相關地址信息。

　　在系統運行初期，如果地址信息與數據信息同類型，那么占用塊和目錄表所占空間大小是一樣的，且目錄表是

　　一個低地址的序列。如圖1 所示，如果單片機內有N個E2PROM 存儲單元內，則在高地址開辟一個目錄表空間，記錄m 個實際占用單元的地址，即0 ，1 ，2 ， …，m-1 。

　　當系統運行到一定時間后，占用塊中的某一個單元會因為E2PROM 數據擦寫次數超過限次而失效被廢棄，不妨假設這個單元地址是002H ，那么，系統就開始查找當前目錄表中所記錄的最大地址值，如圖2 所示。這個最大地址值加1 ，便是為廢棄單元在空閑塊重新分配單元的地址，這里是（m-1）+1 = m。同時，目錄表所記錄的該內容的地址也做出相應修改。

　　可以預想的是，接著系統在一定時間后，會出現第2個廢棄單元，假設這個單元地址是000H。依次類推，如圖3 所示，系統會為D0 分配地址m+1 所指向的空間，同時目錄表內原先表示D0 所在的地址值會被更改為m+1 。

　　隨著E2PROM 內廢棄單元的逐漸增加，空閑塊的大小不斷縮小。當出現新的廢棄單元而沒有空閑塊可以利用時，系統會出現故障。采用這樣的策略后，相對于首次出現廢棄單元系統便被摧毀來說，實際上這個出現故障的時間已經被大大延緩了。

　　設Di 在固定E2 PROM 單元可存放的壽命為ti 。這個值與系統中要求Di 被修改的平均次數有關，其中i = 0 ，1 ，2 ， …， m - 1 。

　　在一個單片機系統中，往往要求系統能夠為用戶保存一些參數或數值。這些數據被要求在系統斷電后不會“消失”，并在下一次開機后能夠被讀取和修改。

　　隨著單片機內部集成功能的不斷增加，使用片外數據存儲器的做法逐漸被含有片內可擦寫存儲單元的單片機所取代。早期用戶可將需要保存的數據存放在片內Flash內，但這種做法對Flash 內程序代碼乃至整個系統存在安全性隱患，在片內集成獨立的數據存儲區成了單片機芯片設計的必然趨勢。例如Atmel 公司在AVR 系列單片機產品中，就融入了先進的E2 PROM 電可擦除技術，使該公司的單片機具備了優秀的品質，在結構、性能和功能等方面都有明顯的優勢。但不管是將數據保存在Flash 內還是保存在E2PROM 內，都存在一個存儲單元可擦寫次數的上限。通常芯片廠家標明的是1 000 000 次以上;而對于單片機系統的設計者來說，有部分保存在E2PROM 內的數據在系統運行過程中是需要被頻繁擦寫的。當存放這些數據的片內存儲單元達到擦寫次數上限時，這個存儲單元就不能再使用了，從而會導致系統出現故障。

　　另外，單片機內部的E2PROM 空間相對于有待保存的數據量來說是有很大富余的。也就是說，當單片機由于

　　內部E2PROM 擦寫次數超過極限而不能正常工作時，片內仍然有較多的E2PROM 空間沒有被利用過，因而產生單片機內部資源的極大浪費。

　　本文以AVR 系列單片機中的ATmega8 為例，從程序設計角度出發，提出一種切實可行的E2PROM 數據存儲策略，最大限度地提高片內E2 PROM 空間的利用率，從而解決上面提到的問題。

　　1、E2PROM數據動態存儲的基本要求

　　一般，把數據存儲方式設定為靜態，即為固定的地址指定惟一的變量，任何時候讀取和改寫此地址內數據的操作均視為對該變量的讀取和改寫。然而這樣的存儲方式若被用于E2PROM 內的數據存儲，當E2PROM 的某一單元因過量擦寫而失效后，這個固定地址內所存放的變量就失去了有效的對應物理空間，這是在做E2PROM 數據存儲時不愿意看到的。

　　解決上述問題的有效方法是對E2PROM 數據實行動態存儲。其基本要求和目標是：

　　① 在整個系統使用壽命內，使E2PROM 空間得到最大利用;

　　② 系統能夠辨別不能使用的E2PROM 單元，從而保障數據安全。

　　2 、策略分析

　　為方便敘述，將整個E2PROM 空間分為以下幾個部分：統稱已經分配給用戶使用的地址連續的E2PROM 區

　　域為“占用塊”;稱未曾分配的地址連續的E2PROM 區域為“可利用塊”或“空閑塊”。另外，為記錄占用塊的使用情況，還要在E2PROM 內劃定一個地址連續的區域作為“目錄表”。這個目錄表記錄的是占用塊中實際占用空間的地址。與此對應的， 占用塊中另外的部分就是廢棄空間（單元） 。

　　采取這樣的策略，在高地址的空閑塊中先放入目錄表。該目錄表的大小決定于占用塊中實際占用單元的多少，目錄表記錄實際占用單元的地址;占用塊從低地址的空閑塊開始分配，系統不再回收已經分配的占用塊，一直到占用塊中出現廢棄單元，系統就為其把現有的占用塊擴大，同時修改目錄表中的相關地址信息。

　　在系統運行初期，如果地址信息與數據信息同類型，那么占用塊和目錄表所占空間大小是一樣的，且目錄表是

　　一個低地址的序列。如圖1 所示，如果單片機內有N個E2PROM 存儲單元內，則在高地址開辟一個目錄表空間，記錄m 個實際占用單元的地址，即0 ，1 ，2 ， …，m-1 。

　　當系統運行到一定時間后，占用塊中的某一個單元會因為E2PROM 數據擦寫次數超過限次而失效被廢棄，不妨假設這個單元地址是002H ，那么，系統就開始查找當前目錄表中所記錄的最大地址值，如圖2 所示。這個最大地址值加1 ，便是為廢棄單元在空閑塊重新分配單元的地址，這里是（m-1）+1 = m。同時，目錄表所記錄的該內容的地址也做出相應修改。

　　可以預想的是，接著系統在一定時間后，會出現第2個廢棄單元，假設這個單元地址是000H。依次類推，如圖3 所示，系統會為D0 分配地址m+1 所指向的空間，同時目錄表內原先表示D0 所在的地址值會被更改為m+1 。

　　隨著E2PROM 內廢棄單元的逐漸增加，空閑塊的大小不斷縮小。當出現新的廢棄單元而沒有空閑塊可以利用時，系統會出現故障。采用這樣的策略后，相對于首次出現廢棄單元系統便被摧毀來說，實際上這個出現故障的時間已經被大大延緩了。

　　設Di 在固定E2 PROM 單元可存放的壽命為ti 。這個值與系統中要求Di 被修改的平均次數有關，其中i = 0 ，1 ，2 ， …， m - 1 。

　　3、實現流程

　　圖4 為實現上述策略的程序流程。

　　在每一次E2PROM 數據存儲的過程中，首先都需要從目錄表中查找該數據在占用塊內的地址add［ i ］ ，然后將新數據D［i］寫入該地址。單從算法的角度考慮，認為不存在寫失敗或讀失敗的情況，那么隨后將寫好的數據再讀出，通過驗證數據的正確性就可以判別該占用單元是不是應該廢棄。如果驗證通過，修改操作完成;如果驗證沒有通過，則廢棄該地址空間，并通過查詢目錄表，向后開辟新的占用單元，之后重復存儲過程。

　　4、示例

　　AVR 單片機在片內集成了可以擦寫1 000 000 次的E2PROM 數據存儲器，用于保存系統的設定參數、固定表格和掉電后的數據保存，方便使用，減少系統的空間，又大大提高了系統的保密性。下面以AVR 系列中的ATmega8為例，介紹上述的E2 PROM 動態存儲策略的C語言程序實現。

　　結 語

　　集成獨立E2 PROM 數據存儲器是單片機設計的必然發展趨勢。對于單片機的用戶來說，怎樣更合理、更科學地利用好單片機的這些內部資源，需要不斷地探索和總結。本文在這方面作了一些努力和有益的嘗試。