基于MC9S08QG8单片机的EEPROM虚拟技术

引 言
MC9S08QG8(以下简称QG8)是Freeseale公司于2006年推出的一款HCS08系列MCU。HCS08系列MCU是HC08系列的升级，具有更高的总线频率和更低的工作电压。QG8总线频率可以达到10 MHz，工作电压可以低至1．8 V，尤其是QG系列MCU采用了新型的Flash存储器(HCS08系列MCU的典型型号为MC9S08GB／GT系列MCU，Flash编程擦除可使用2．7 V电压，QG系列MCU工作在1．8 V时即可以对Flash进行操作)。同时低功耗也是QG系列MCU的一大特点。通过降低主频，在总线频率为1 MHz、供电电压2 V、温度125℃的情况下正常工作，典型的芯片电流仅有370μA。而如果进入待机模式，典型的芯片电流则低于1 μA，这些特点使得QG8非常适合使用在电池供电的设备中。
EEPROM是Flash存储技术成熟之前常用的存储器，它与Flash均可作为程序存储器和数据存储器。但由于EEPROM本身容量和成本的限制，目前大多数MCU都采用Flash作为存储器。用户可以在Flash中存储设置参数、校准参数、保密数据等信息。由于Flash存储区的最小擦除单位是页(QG8一页为512字节)，若存储数据长度小于一页，则每次写入或修改数据都必须进行一次页
擦除操作，该页中没有用到的空间就浪费了。相对而言，EEPROM就不存在这个问题，它可以基于字节进行写入和擦除。部分HC08系列MCU(如MC68HC908JL8)为了解决这个问题，在其监控ROM中提供了虚拟EEP一ROM的例程供用户使用。但是QG8不具有监控ROM，也就无法提供类似的功能，本文在QG8擦除／写入Flash的基础上，给出虚拟EEPROM的实现机制和用户接口，实现按字节“写”Flash存储区的功能，提高Flash存储器的使用效率及寿命。

1 设计思路
使用Flash模拟EEPROM实现按字节读写，其思路是将Flash的一页依据写入数据的长度分为若干相等的部分。为了方便起见，每一部分称为一块，假设划分为N块。在写入前，此页Flash已擦除完毕，第1次写入时将数据写入第1块，当用户对数据修改后重新进行写入时，数据被写入第2块，依次类推，如果进行第N+1次写入，由于该页最多划分为N块，则先执行页擦除，然后将数据写入第1块中。读操作相对于写入操作要简单得多，因为Flash本身支持按字节读操作。
上述操作是在底层实现的，对于上层开发人员是透明的，上层开发人员只需要调用接口函数EEE_PROG和EEE_READ即可。

2 具体实现
虚拟EEPROM功能的实现以Flash的擦除／写入为基础。Flash页中包含2部分，一部分是虚拟EEPROM的参数和状态信息，称之为信息区，另外一部分是实际用来存储数据的存储区。信息区中包含EEPROM首次写入的数据长度和控制写入的位置信息；存储区根据数据长度可以划分为N个Flash块，写入第x个块时(x≤N)，同时修改信息区的位置信息。进行擦除和写入操作时分别将Flash操作代码放置于RAM中运行。
2．1 FIash擦除／写入的实现
由于HCS08系列MCU中没有固化ROM，因此也就不具有HC08系列固化的虚拟EEPROM函数或Flash擦除／写入函数，而直接在Flash中执行同一Flash区的操作会引起不稳定的情况。所以借鉴MC68HC908GP32芯片在线编程系统功能的实现机制，将Flash的擦除和写入函数先进行编译，将编译后的二进制代码文件(即S19文件)写入Flash区域。在调用该函数时，先将代码复制到RAM区，然后调用并在RAM区的入口执行相应的Flash操作。为了减少代码量，使用同一函数实现了擦除和写入功能。具体代码如下：