AVR EEPROM 可靠性问题的研究总结，以及可靠使用的终极解决方案--提供Mega168源代码。

windy__xp · 发表于 2009-4-20 21:49:57

其实论坛上讨论 AVR 内部 EEPROM 可靠性，以及如何合理使用内部 EEPROM 的帖子已经很多了，写这个帖子之前，还特意搜索了一下，

EEPROM相关的主题贴一共有6页之多，酷贴达5个之多，没有看完，只选择性的看了一些，然后主要把注意力放在了两个与可靠性相关的，“穿

着裤子”的贴上，又仔细的读了一遍，在这些的基础上，我做一个总结吧，希望能终结内部 EEPROM 可靠性问题的讨论。当然该贴只是针对其

可靠性问题，掉电存 EEPROM 的问题，以及存 EEPROM 速度的问题，不在该文的讨论范围之列。

针对 AVR EEPROM 的可靠性问题，以前使用 Mega88 做过专门的测试，测试数据结果直接发_论坛上了，没有做文档，这个测试结果好像找

不到了，应该是回复在下面这两个帖子其中之一的后面，网站被黑，可能回复没有恢复全。这两个帖子也是我主要参考得两个帖子。

讨论：eeprom的可靠性研究  myppfish
http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=672954&bbs_page_no=1&search_mode=1&search_text=EEPROM&bbs_id=1000

原创]治标治本，彻底解决AVR单片机EEPROM数据丢失问题 my_avr
http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=1440595&bbs_page_no=1&search_mode=1&search_text=EEPROM&bbs_id=1000

测试的结论是 AVR 内部 EEPROM 是可靠的，如果有问题，也是所有 EEPROM 的通病。当然由于测试手段有限，该结论可能存在片面性，如

果哪位愿意继续深入测试，并且否定了这个结论，还请不吝赐教，谢谢。AVR 内部 EEPROM 可靠归可靠，但是如果使用不当，确也很容易出错

，所以搞得少数人以为 AVR 内部 EEPROM 不稳定。

首先，总结一下引起 AVR 内部 EEPROM 数据丢失的原因：

1. 程序问题；
2. 程序跑飞；
3. EEPROM相关寄存器因强磁场、高压静电等外部干扰出错所产生的写入动作；
4. 系统有很大的感性负载，在断电的时候会产生一个反向高压，EEPROM有可能会自擦除。
   ……（还有什么原因，欢迎大家继续列举，以便完善及想办法解决）

针对问题1，程序问题不再该文讨论范围内。

针对问题2，程序跑飞，这个因该是引起 EEPROM 数据丢失的主要原因。但是引起程序跑飞的原因却是多方面的。

第一. 电压不正常，工作不稳定，程序跑飞。针对这个问题，可以开启内部BOD、或者外加复位芯片解决，在低功耗场合，外部复位是有必

要的，毕竟BOD功耗太高。

第二，晶体振荡受干扰，频率不稳定，程序跑飞。针对这个问题，建议晶体使用全幅振荡，并且走线的时候尽量短，并且使用地线隔离。

第三系统受外界环境干扰，修改了PC等寄存器，程序跑飞。针对这个干扰问题，这个引起程序跑飞的可能性应该不大，如果环境实在恶劣

，那么就应该想到做电磁屏蔽，ESD保护等，如果还不行，那么只能建议换换别的单片机试试看了。

针对问题3，我们只能优化电路设置，尽量避免，比如加屏蔽罩，加ESD保护，加TVS保护，电源加电容退耦等等。

针对问题4, 如果系统真的具有很大的感性负载，那么请注意加续流二极管、滤波电容等做保护，不要让这种反向高压产生，无论如何，这

种因为感性负载突然断电自激产生的高压，不仅仅会对EEPROM有影响，而是对整个系统都存在威胁。

好了，说了这么多，设计也都按照上面的做了，EEPROM 就可以100％没有问题了？不是的，经过上面硬件上的一些处理，虽然EEPROM数据丢

失的可能已经很小了，但是我们仍然不能保证EEPROM数据就不会丢失了。这时 EEPROM 数据的可靠性，那就得从软件上去考虑了，接着我们从

软件的方面继续讨论。

我的做法是，数据分块，分区，校验，备份。当然这里讲的处理方法，仅仅是提供一种想法，你可以做不同数据长度的分块，不同大小的

分区，采用不同的地址映射方法，以及采用更多次的数据备份。下面以 Mega168 为例继续讨论。

1. Mega168 EEPROM 512字节，把EEPROM分为两个区，每个区256个字节，然后以8个字节为一个段，那么每个区就有32段。
数据区：0x000 - 0x0FF
0段：0x000 - 0x007
1段：0x008 - 0x00F
   ……
31段：0x0F8 - 0x0FF

备份区：0x100-0x1FF

每个段8个字节，其中前6个字节为有效数据，后2个字节为CRC16校验，数据格式下图所示：

(原文件名:数据分区.JPG)

2. EEPROM读写操作
EEPROM的操作以段为单位,
段写入函数：写数据到数据区时，先计算数据CRC16校验，然后同时把数据写入到数据区和备份区；
段读取函数：读取数据时，同时读取数据区以及备份区，如果数据区校验有误，备份区数据校验正确，就用备份区数据恢复数据区数据；

  如果备份区数据有误，数据区数据正确，那么数据写入备份区重新备份；如果数据区备份区数据都有误，那么返回读取失败。

3. 数据区与备份区的对应关系
数据读写操作以段进行，内部的数据区与备份区怎么映射呢？为了防治数据与备份同时被意外修改，那么数据与备份地址空间相隔不能太

近，并且数据与备份的地址，应该尽量不同。假设数据地址为 Data_Addr，备份地址为 Bakup_Addr，我使用下面的函数映射地址：
               Bakup_Addr = ( Data_Addr + 0x100 ) ^ 0x03F
加0x100是把地址定义到备份区，与0x03F异或，是把低6bits取反，这样处理，数据与备份的地址空间较远，并且地址有7bits的不同。
例如，第 3 段的地址: 0x018 - 0x01F，
      对应的备份区为：0x127 - 0x120
      如下图所示：

(原文件名:地址映射.JPG)

4. 读写函数加入写保护判断，在读写EEPROM前关闭写保护，读写完毕后，立即开启写保护，这样可以有效防止程序跑飞造成的EEPROM意外修改

。

5. 第0块建议禁止使用。

以下是Mega168 的 EEPROM C语言库函数（汇编比较晦涩，就不上了），另外送上 CRC16 CRC32 校验的函数，以及 Mega168 UART0 通信函

数库，以便于测试。编译环境 Studio + WinAVR 。

点击此处下载 ourdev_438338.rar(文件大小:53K) (原文件名:EEPROM Test.rar)

程序仿真结果：

1. 利用 MKII 仿真，EEPROM 数据被擦除后，全为0xFF

(原文件名:01 EEPROM 擦除.JPG)

2. 发送写第一块命令

(原文件名:02 写01块.JPG)

3. Break暂停仿真，查看 EEPROM 数据：

(原文件名:03 仿真结果.JPG)

4. 发送 C1 00 命令，读取的一块数据：

(原文件名:04 读01块.JPG)

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修改原因：有点长，大家可能没有注意到混迹其中的源代码附件，修改了下标题，吸引眼球。

llsenyue · 发表于 2009-4-20 21:53:39

强贴沙发!

windy__xp · 发表于 2009-4-20 22:02:43

搞了一个晚上，自己坐个板凳，看碟去了……

ifree64 · 发表于 2009-4-20 22:04:57

顶。

void_c · 发表于 2009-4-20 22:07:29

不知道拿AVR 的FLASH当EEPROM使用，会不会比直接用EEPROM更稳定？？
（FLASH被改的可能性应该更小）

windy__xp · 发表于 2009-4-20 23:02:57

4楼在开玩笑么？只有BootLoader区可以修改Flash，并且都是整页地修改。用Flash当EEPROM，Freescale中是这样用的，但是AVR这样坐，感觉就是在玩火。

my_avr · 发表于 2009-4-20 23:15:50

ATMEL有一篇AN介绍把FLASH当作EEPROM用的，个人认为太复杂了。

bad_fpga · 发表于 2009-4-20 23:25:00

学习了

void_c · 发表于 2009-4-21 08:34:05

【6楼】 my_avr
ATMEL有一篇AN介绍把FLASH当作EEPROM用的，个人认为太复杂了。

在哪里？能否给个链接？

TYMCU · 发表于 2009-4-21 08:56:50

【8楼】 void_c void *c‘
有么有详细的代码，可以参考呀

yangyongwen · 发表于 2009-4-21 09:32:34

【楼主位】 windy__xp
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本以为楼主的摄影强,想不到技术也这么厉害!!!

yangyongwen · 发表于 2009-4-21 10:00:17

段读取函数：读取数据时，同时读取数据区以及备份区，如果数据区校验有误，备份区数据校验正确，就用备份区数据恢复数据区数据；

如果备份区数据有误，数据区数据正确，那么数据写入备份区重新备份；如果数据区备份区数据都有误，那么返回读取失败。
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想问下楼主,读取数据时, 是先把数据区和备份区的数据作对比,还是把数据区的数据和数据区的CRC16校验作比较?

twfxjmz · 发表于 2009-4-21 11:49:49

留给记号先

windy__xp · 发表于 2009-4-21 12:49:58

【6楼】 my_avr

积分：1210
派别：
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来自：武汉
ATMEL有一篇AN介绍把FLASH当作EEPROM用的，个人认为太复杂了。
　
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看论坛中的帖子，有的总说Flash中的程序掉了，其实这个掉程序的原因与EEPROM丢数据的原因有相似的地方，就是程序跑飞到BL区，执行了SPM指令，修改了Flash数据。所以用Flash当EEPROM用，同样有丢数据的可能，另外，如果把写Flash的程序放在BL区，那么BootLoader功能实现就有些麻烦了。总之，个人不建议使用Flash当EEPROM用。

【10楼】 yangyongwen
积分：416
派别：
等级：------
来自：广东

本以为楼主的摄影强,想不到技术也这么厉害!!!
__________________________
摄影只是玩玩，不过专业技术还得继续学习——学无止境嘛。

【11楼】 yangyongwen
积分：416
派别：
等级：------
来自：广东
段读取函数：读取数据时，同时读取数据区以及备份区，如果数据区校验有误，备份区数据校验正确，就用备份区数据恢复数据区数据；

  如果备份区数据有误，数据区数据正确，那么数据写入备份区重新备份；如果数据区备份区数据都有误，那么返回读取失败。
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想问下楼主,读取数据时, 是先把数据区和备份区的数据作对比,还是把数据区的数据和数据区的CRC16校验作比较?
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附件中的源代码，有详细注释，应该不难读懂。目前的做法是不比较数据区和经备份区的数据，而是直接CRC16校验，以此判断数据是否正确。

1181zjf · 发表于 2009-4-21 13:11:21

lz的串口调试助手不错，能否共享一下!

litchiate · 发表于 2009-4-21 13:14:12

mark
回头把毕业设计中的EEP给改高级点

windy__xp · 发表于 2009-4-21 14:46:39

【14楼】 1181zjf
积分：638
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lz的串口调试助手不错，能否共享一下!
　
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这个软件的确好用，但是有个BUG，就是开启过后，系统的复制、粘贴功能就不能用了。上两个常用的串口调试软件。

点击此处下载 ourdev_438503.rar(文件大小:234K) (原文件名:串口调试助手.rar)

adswads · 发表于 2009-4-21 16:46:45

mark

cgbabc · 发表于 2009-4-21 20:11:25

支持一个

ba_wang_mao · 发表于 2009-4-23 11:57:09

我采用EEPROM“中断”方式写EEPROM（没有采用查询方式），同时开启BOD，门限电压＝4.3V，使用了2年多，从来没有遇到过问题。

　1、读EEPROM只是在一上电还未开放全局中断时，一次性把EEPROM中的数据读到RAM中。
　2、写EERPOM时，我测试过用上位机每隔20毫秒不停的写，也没有遇到问题。
　3、不停的上电、断电，至少测试过1000次，也没有遇到EERPOM丢失问题。

　所以，EEPROM中不必划分几个区（有的人搞了备份1，有的人还搞了备份2），我认为没有必要。

314forever · 发表于 2009-4-23 12:42:29

用Flash替代EEPROM记录数据可以参考AVR105: Power Efficient High Endurance Parameter Storage in Flash Memory。

windy__xp · 发表于 2009-5-7 23:28:24

ba_wang_mao
积分：839

我采用EEPROM“中断”方式写EEPROM（没有采用查询方式），同时开启BOD，门限电压＝4.3V，使用了2年多，从来没有遇到过问题。

　1、读EEPROM只是在一上电还未开放全局中断时，一次性把EEPROM中的数据读到RAM中。
　2、写EERPOM时，我测试过用上位机每隔20毫秒不停的写，也没有遇到问题。
　3、不停的上电、断电，至少测试过1000次，也没有遇到EERPOM丢失问题。

　所以，EEPROM中不必划分几个区（有的人搞了备份1，有的人还搞了备份2），我认为没有必要。
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AVR EEPROM数据丢失的原因是多方面的，你的产品没有遇到问题，只能说是你的应用环境也许比较好。另外你所说的测试方法太简单，很多恶劣的环境没有模拟，所以结论下的有些武断。个人觉得目前虽然采用了保护措施，确还不敢说，一定可靠，数据一定不会丢。

looker · 发表于 2009-5-7 23:45:46

幸好我目前还没有碰到很恶劣的环境~~

Mission · 发表于 2009-6-14 16:10:01

我也来说说我怎么做的：
数据分主存和备份,两部分的数据完全相同,每部分的数据由有效数据,校验和及特征码(0xaa,0x55)组成。

读取数据的时候，先读主存，如果校验和和特征码都正确，则读取备份区，如果备份区的校验和不正确，或者与主存区不一样，或者特征码不正确，就直接用主存区的数据恢复。如果主存区不正确，则读取备份区，检查校验和和特征码，若正确则恢复主存区，不正确就只能恢复到默认值了。

写数据的时候，先写主存区再写备份区，流程都是：先写特征码为0x00,0x00，然后写有效数据和校验码，最后写特征码为0xaa,0x55

特征码有什么作用？举个例子：不使用特征码时，某个时刻EEPROM中存储的数据为0x10,0x20,0x30,0x60，(第4个字节为校验和，下同)，现在数据需要变更为0x20,0x10,0x50,0x80，如果刚写完主存区数据0x10掉电了，最后主存区的数据变成了0x20,0x10,0x30,0x60,而备份区的数据仍然是0x10,0x20,0x30,0x60,主存区的校验和仍然正确，而实际上数据是错误的，再次重新读取数据的时候，将得到错误的数据，并用错误的数据覆盖备份区。

使用特征码，每次写有效数据前，先把特征码写成0x00,0x00，数据写完后才写为0xaa,0x55，这样读取数据时一旦发现特征码不正确，说明数据没正常写入。只要硬件不发生故障，主存区和备份区至少有一个区的特征码是正确的。如果两个区的校验和特征码都正确，但校验和不一样，则说明主存区的数据是最近一次写入的，而备份区的数据是上次写入的，需要用主存区的数据覆盖。

另外，读取数据的时候发现不正确，可以重复读三遍，防止总线受干扰而读到错误的数据，误判断为EEPROM中存储的数据错误。

关键数据一定要有备份区，不然数据写入一半的时候掉电，就只能挂掉了。如果只是一些无关紧要的参数，恢复到默认值就行，但如果是IP地址这样的参数受到破坏，将没法上网了，只能人工去恢复。

wodetianmyday · 发表于 2009-11-17 12:57:59

mark

yangdilove · 发表于 2009-12-15 14:26:37

mark

xyq4513 · 发表于 2009-12-24 16:30:01

mark

cuikai12345 · 发表于 2009-12-24 21:33:18

mark

xingcastle · 发表于 2010-6-18 12:53:11

mark

flamegirl2046 · 发表于 2010-6-26 14:23:55

请问如果电路设计的感性负载大，那么要如何加续流二极管、滤波电容等做保护？能否画个原理图告诉我要怎么接到atmega128芯片上?请高手指教！！

cuikai12345 · 发表于 2010-6-26 21:50:43

mark

XA144F · 发表于 2010-6-27 00:29:52

回复【13楼】windy__xp  龙笑
【6楼】 my_avr
积分：1210
派别：
等级：------
来自：武汉
atmel有一篇an介绍把flash当作eeprom用的，个人认为太复杂了。
　
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看论坛中的帖子，有的总说flash中的程序掉了，其实这个掉程序的原因与eeprom丢数据的原因有相似的地方，就是程序跑飞到bl区，执行了spm指令，修改了flash数据。所以用flash当eeprom用，同样有丢数据的可能，另外，如果把写flash的程序放在bl区，那么bootloader功能实现就有些麻烦了。总之，个人不建议使用flash当eeprom用。

【10楼】 yangyongwen
积分：416
派别：
等级：------
来自：广东
本以为楼主的摄影强,想不到技术也这么......
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http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=3927784&bbs_page_no=1&search_mode=4&search_text=XA144F&bbs_id=9999

这篇帖子介绍的是对M48的操作方法，过程简单，当然这也让我想到了STC单片机的做法……

我用Atmega8515做实验不成功，把程序定位到Bootloader区域，使用熔丝设置都不成功。

avrpicarm · 发表于 2010-6-27 00:54:45

不错，

wuha · 发表于 2010-9-1 16:47:55

如果eeprom够多的话，我都是每个数据备份个3遍以上，用的时候都读出来，比较是否相等，然后取相等次数最多的数据，再把不相等的重写一遍。

kinggao · 发表于 2010-9-15 16:04:56

不错
111

xk2yx · 发表于 2010-9-15 16:21:36

频繁写使用flash当eeprom用，死都不知道怎么死的。

guxingganyue · 发表于 2012-7-8 12:23:47

很经典，很有用
这几天被avr的eeprom折腾了
明天试试这个方法

ST_ATMEL_NXP · 发表于 2012-12-31 09:56:24

记号！经典有用！

liu252799093 · 发表于 2012-12-31 10:41:40

很好的文章，MARK。。

wangqing_gxu · 发表于 2012-12-31 10:55:46

我现在碰到个问题,老板破解了别人的程序,我在抄别人的板,然后写相同的功能.
现在在测试上电时发现我的程序多次上电后偶然EEPROM被,别人的程序不会.
测试方法是做一个测试架供电,上电后0-10秒钟内断电,下次断电时会延时多10ms再断电,如此整死它.上电后程序开始都会读EEPROM,而我用到的EEPROM是08H-120H

hamipeter · 发表于 2013-1-2 15:45:20

好帖，记号！

Mario · 发表于 2013-1-2 21:45:31

膜拜大神，墙贴 Mark

AVR EEPROM 可靠性问题的研究总结，以及可靠使用的终极解决方案--提供Mega168源代码。

阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！