EEPROM原理与应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.,Page,*,HUAWEI Confidential,Page,1,目录,EEPROM,器件简介,I2C EEPROM,器件介绍,SPI EEPROM,器件介绍,Page,2,EEPROM,是,Electrically-Erasable Programmable Read Only Memory,的简称，中文意为：电可擦可编程只读存储器。所谓只读存储器是因为可以用管脚设置或软件命令方式设置其工作于只读方式，并没有和可擦可编程的说法矛盾。可以支持,100,万次擦写，数据保存,100,年以上。一般来说，,EEPROM,适用于存储诸如初始化配置数据、单板重要信息等场合，这种场合的要求是：数据存储量比较少、访问速率要求不高、掉电后数据不丢失。因此,EEPROM,，特别是串行,EEPROM,是最佳选择，它还能节省单板的空间，我们公司用的都是串行,EEPROM,。串行,EEPROM,按照硬件接口的不同可以分为两种：,1,、,I2C,接口,EEPROM,；,2,、,SPI,接口,EEPROM,。,以下对这两种串行,EEPROM,分开来做介绍。,EEPROM,器件简介,Page,3,8PIN,的,I2C,接口,EEPROM,的管脚图如图所示：,8PIN,的,I2C,接口,EEPROM,管脚,I2C,接口,EEPROM,管脚说明,Page,4,14PIN-EEPROM,比,8PIN-EEPROM,多出来的管脚都是,NC,脚，并且不常用，所以此处就不介绍。,I2C,接口,EEPROM,使用两根线进行读写操作，一根为时钟线（,SCL,）、另一根为数据线（,SDA,）。,SDA,为双向信号，同时由于,EEPROM,只能是,I2C,总线中的,Slave,，所以,SCL,为输入信号。和标准的,I2C,总线一样，,SDA,的输出为,Open-drain,方式。,WP,为写保护管脚，高电平使能。,A2:0,为地址输入管脚，用来作为,EEPROM,地址识别位，不同的,EEPROM,使用的位数不同。,VCC,为电源管脚，不同的,EEPROM,有不同的电源电压要求。同时，不同的供电电压支持的最高时钟频率也不同，电压越高支持的时钟频率也越高。,I2C,接口,EEPROM,支持的最高时钟频率一般为,100KHz,400KHz,。,GND,为地管脚。,I2C,接口,EEPROM,管脚说明,Page,5,I2C,接口,EEPROM,操作分析,控制字节格式,Page,6,I2C,接口,EEPROM,操作分析,I2C,接口,EEPROM,传输控制字节格式见上图。,S,：开始传输指示。,Control Code,：所有,I2C,接口,EEPROM,统一的控制码，,4,位组成“,1010”,。,Chip Select Bits,：,EEPROM,地址识别位，,3,位组成,A2:0,，分别对应器件管脚,A2:0,的输入电平，当,Master,器件的,I2C,总线上挂接多片,EEPROM,时，可以由此做片选。但是有的,EEPROM A2:0,这,3,个管脚未用或者用了,1,2,个，那么此处地址识别位中，多余的位可以用来做,EEPROM,内部存储,Block,选择（如果需要的话）。,R/W,：读写命令，“,1”,为读；“,0”,为写。,ACK,：,Acknowledge bit,。,Page,7,I2C,接口,EEPROM,写操作,字节写操作,（,Byte Write,）,：,字节写操作序列见上图。,一次只写,1,个字节。,Master,先发出,Start,指令，接着是控制字节,EEPROM,正常响应，发出,Acknowledge bit,然后,Master,再送出要写入的,EEPROM,存储单元地址,EEPROM,正常响应，发出,Acknowledge bitMaster,再送出数据,EEPROM,正常响应，发出,Acknowledge bitMaster,发出,Stop,指令，结束本次写操作。,其中地址位长度视,EEPROM,容量来定，按目前公司使用的,EEPROM,容量来看，地址不超过,2,个字节。,Page,8,I2C,接口,EEPROM,写操作,页写操作,（,Page Write,）,：,EEPROM,内有,Page Write Buffer,，不同容量,EEPROM,的,Page Write Buffer,大小不同（可参见表,1,）。,Page,写时，数据先写入,Page Write Buffer,，等到,Master,发出,Stop,指令后才往存储单元写。,页写操作序列见上图。,跟字节写不同的是：,Master,写完,1,个字节后不发,Stop,指令，继续送出数据，直到写满,EEPROM,的,Page Write Buffer,为止。,EEPROM,内部有地址循环计数器，每写入,1,个字节地址加,1,，当地址加到当前,Page,的上界时，如果还继续写的话，地址就会回到当前,Page,的下界。,Page,9,I2C,接口,EEPROM,写操作,页写操作,（,Page Write,）,：,以,24LC08,为例，它的存储结构为：,4(block)2568(bit),，,Page Write Buffer,大小为,16bytes,。那么,Page Write,时，在,Control Byte,指定,Block,选择位“,B1B0”,，在,Word Address,指定,8,位地址“,A7A6A5A4A3A2A1A0”,。那样“,B1B0”,和“,A7A6A5A4”,就指定了当前,Page Write,是哪个,Page,，“,B1B0A7A6A5A40000”,为当前,Page,的下界，“,B1B0A7 A6A5A41111”,为当前,Page,的上界，而“,A3A2A1A0”,指定了从当前,Page,的哪个单元开始写。内部地址循环计数器就从“,A3A2A1A0”,开始计数，每写,1,次加,1,，当计数值为“,1111”,时，如果继续写的话，计数值就回到“,0000”,。,所以一次,Page Write,操作时，数据不要超过,1,个,Page,的长度，否则会造成数据覆盖。,Page,10,I2C,接口,EEPROM,读操作,当前地址读操作：,当前地址读操作序列见上图。,Master,每对,EEPROM,进行一次读,/,写操作，,EEPROM,内部地址计数器就会加,1,，因此当前地址单元为前一次访问的下一个地址单元。,Current Read,方式就利用这个原则省略了地址，,Master,只需送出包含读命令的控制字节就行。,Master,接收,1,个字节后，无效,Acknowledge bit,，并送出,Stop,指令，结束当前读操作。,Page,11,I2C,接口,EEPROM,读操作,任意读操作：,任意读操作序列见上图。,Master,要先送出写操作命令，并且送出地址，地址可以是任意的。,Master,要重新发出开始指令来结束写操作，然后再送出包含读命令的控制字节。,Master,接收,1,个字节后，无效,Acknowledge bit,，并送出,Stop,指令，结束当前读操作。,Page,12,I2C,接口,EEPROM,读操作,连续读操作：,连续读操作序列见上图。,跟当前地址读,/,任意读不同的是：,Master,接收到,1,个字节后，不发出,Stop,指令，而是继续送出,Acknowledge bit,，继续接收。,每读,1,次,EEPROM,地址计数器加,1,；同样是循环计数，读操作地址计数边界为整片,EEPROM,地址边界，不同于,Page Write,地址计数边界。因此连续读方式可以读完整片,EEPROM,。,Page,13,I2C,接口,EEPROM,读操作,Acknowledge bit,检测：,执行写操作时，不论是,Byte Write,还是,Page Write,，,EEPROM,只有接收到,Master,发出的,Stop,指令后，才触发内部的写周期。,在内部写周期内，,EEPROM,不会响应,Master,的指令。所以,Master,要检测内部写周期什么时候结束。,Master,写操作和,EEPROM,内部写周期检测流程如下图：,Page,14,I2C,接口,EEPROM,读操作,Acknowledge bit,检测：,第,1,步：,Master,往,EEPROM,写数据。,第,2,步：,Master,结束写操作，并触发,EEPROM,内部写周期。,第,3,步：检测开始，,Master,发出开始指令。,第,4,步：,Master,发送包含写命令的控制字节。,第,5,步：,Master,检测,EEPROM,送出的,Acknowledge bit,：如果是“,0”,，表示,EEPROM,内部写周期已结束，可以进行后续的操作；如果是“,1”,，则表示,EEPROM,内部写周期还没有结束，这时候应该跳回到第,3,步，进行循环检测。,Page,15,不同,I2C,接口,EEPROM,之间区别,目前，公司使用,Microchip,公司、,Atmel,公司的,I2C,接口,EEPROM,。它们之间的主要区别见下表：,Page,16,SPI,接口,EEPROM,管脚说明,SPI,接口,EEPROM,的管脚图如图所示：,Page,17,SPI,接口,EEPROM,管脚说明,S,：片选输入，高电平有效。,C,：时钟输入。,D,：串行数据输入。,Q,：串行数据输出。,ORG,：存储结构选择，上拉或悬空时选择为,16-bit,方式，下拉时选择为,8-bit,方式。,Vcc/Vss,：电源,/,地。不同的,EEPROM,有不同的电源电压要求，同时，不同的供电电压支持的最高时钟频率也不同，电压越高支持的时钟频率也越高。,Microchip,公司的,SPI,接口,EEPROM,最高时钟频率能达到,3MHz,，,Atmel,公司的最高能达到,2MHz,，,ST,公司的最高能达到,1MHz,。,PE,：,Program Enable,，写保护输入，只有,Microchip,公司的,SPI,接口,EEPROM,才有，上拉或悬空时可以正常写，下拉时写保护。,Atmel,、,ST,公司的,SPI,接口,EEPROM,中该管脚为,NC,脚。,Page,18,SPI,接口,EEPROM,操作分析,不同容量的,SPI,接口,EEPROM,操作指令中的地址码长度不同，并且同样的,EEPROM,在,8-bit,方式时，地址码长度比,16-bit,方式时多一位。下表列出的是,93LC76,的操作指令集，以供参考。其中各指令的含义如下：,READ,：读。,EWEN,：擦除、写使能。,ERASE,：擦除。,ERAL,：全擦除。,WRITE,：写。,WRAL,：全写。,EWDS,：擦除、写禁止。,Page,19,SPI,接口,EEPROM,操作分析,93LC76,指令集,ORG=1,（,16-bit,）,93LC76,指令集,ORG=0,（,8-bit,）,Page,20,擦除、写禁止,/,使能操作指令序列,擦除、写使能指令序列如上图左，擦除、写禁止指令序列如上图右。,时钟未画，后续的图中一样。,此时数据输出管脚为高阻态，也未画出。,当,EEPROM,上电后或者执行了擦除、写禁止指令后，处于擦除、写禁止状态，此时禁止擦除、写操作，但允许读操作。此时若要想进行擦除或写操作，必须先执行擦除、写使能指令。,SPI,接口,EEPROM,擦除、写禁止,使能操作,Page,21,读操作序列,读操作序列见上图。,数据输出（,Q,）管脚先输出,1,个“,0”bit,，然后再由高位到低位顺序输出数据，如果是连续地读，那么后续的输出就没有这个“,0”Bit,。,16-bit,或,8-bit,方式由,ORG,引脚电平选择。,只要片选（,S,）继续为高，并且时钟继续提供，那么,EEPROM,地址指针会自动增加，就能连续地输出数据，这样就能读出整片,EEPROM,的数据。,Atmel,公司,SPI,接口,EEPROM,不支持连续读操作。,SPI,接口,EEPROM,读操作,Page,22,写操作序列,写操作序列见上图。,只写一个指定的存储单元。,写操作中已包含了自动擦除操作，所以不需要额外的擦除指令。,16-bit,或,8-bit,方式由,ORG,引脚电平选择。,SPI,接口,EEPROM,写操作,Page,23,SPI,接口,EEPROM,触发内部,Programming,的条件：,1,、,ST,公司的：当,EEPROM,在时钟的上升沿完成最后一位（写和全写操作时为数据位，擦除和全擦除时为地址位）的采样，片选（,S,）必须在下一个时钟上升沿之前拉低，以触发,EEPROM,内部的,Programming,。,2,、,Atmel,公司的：,EEPROM,完成最后一位（写和全写操作时为数据位，擦除和全擦除时为地址位）的采样后就触发内部,Programming,。,3,、,Microchip,公司的：,EEPROM,在时钟上升沿完成最后一位（写和全写操作时为数据位，擦除和全擦除时为地址位）的采样的同时触发内部,Programming,。,Master,对,SPI,接口,EEPROM,是否完成内部,Programming,的检测：,1,、,ST,、,Atmel,公司的要求,Master,在片选（,S,）低电平保持了至少,TSLSH,（见前面,SPI,接口,EEPROM,传输协议介绍）时间，但是在,EEPROM,完成,Programming,之前将其拉高，并通过,EEPROM,的数据输出（,Q,）管脚电平来检测是否完成,Programming,，,Q=“0”,表示,Busy,，,Q=“1”,表示,Ready,。 具体的片选（,S,）低电平时间长度可以参见芯片手册。,2,、,Microchip,公司的在检测,EEPROM,是否完成内部,Programming,时，不需要,Master,将片选（,S,）拉低。,SPI,接口,EEPROM,写操作,Page,24,全写操作序列,全写操作序列见上图。,往整片,EEPROM,里写相同的数，不需要指定具体的地址。,16-bit,或,8-bit,方式由,ORG,引脚电平选择。,全写操作中已包含了自动擦除操作，所以不需要额外的擦除指令。,Microchip,、,Atmel,、,ST,公司,EEPROM,触发内部,Programming,的条件、对是否完成,Programming,的状态检测方法，分别跟写操作时一样。,SPI,接口,EEPROM,全写操作,Page,25,擦除操作序列,擦除操作序列见上图。,只擦除指定的一个存储单元。,擦除操作使得存储单元数据变成全“,1”,，不需要,Master,输入数据。,16-bit,或,8-bit,方式由,ORG,引脚电平选择。,Microchip,、,Atmel,、,ST,公司,EEPROM,触发内部,Programming,的条件、对是否完成,Programming,的状态检测方法，分别跟写操作时一样。,SPI,接口,EEPROM,擦除操作,Page,26,全擦除操作序列,整片,EEPROM,存储单元数据变成全“,1”,，不需要,Master,输入地址和数据。,Microchip,、,Atmel,、,ST,公司,EEPROM,触发内部,Programming,的条件、对是否完成,Programming,的状态检测方法，分别跟写操作时一样。,SPI,接口,EEPROM,全擦除操作,Page,27,目前，公司使用,Microchip,公司、,Atmel,公司、,ST,公司的,SPI,接口,EEPROM,。它们之间的主要区别见下表：,不同,SPI,接口,EEPROM,之间区别,