引 言

MC9S08QG8(以下簡稱QG8)是Freeseale公司于2006年推出的一款HCS08系列MCU。HCS08系列MCU是HC08系列的升級，具有更高的總線頻率和更低的工作電壓。QG8總線頻率可以達到10MHz，工作電壓可以低至1.8V，尤其是QG系列MCU采用了新型的Flash存儲器(HCS08系列MCU的典型型號為MC9S08GB/GT系列MCU，Flash編程擦除可使用2.7V電壓，QG系列MCU工作在1.8V時即可以對Flash進行操作)。同時低功耗也是QG系列MCU的一大特點。通過降低主頻，在總線頻率為1MHz、供電電壓2 V、溫度125℃的情況下正常工作，典型的芯片電流僅有370μA。而如果進入待機模式，典型的芯片電流則低于1μA，這些特點使得QG8非常適合使用在電池供電的設備中。

EEPROM是Flash存儲技術成熟之前常用的存儲器，它與Flash均可作為程序存儲器和數據存儲器。但由于EEPROM本身容量和成本的限制，目前大多數MCU都采用Flash作為存儲器。用戶可以在Flash中存儲設置參數、校準參數、保密數據等信息。由于Flash存儲區的最小擦除單位是頁(QG8一頁為512字節)，若存儲數據長度小于一頁，則每次寫入或修改數據都必須進行一次頁擦除操作，該頁中沒有用到的空間就浪費了。相對而言，EEPROM就不存在這個問題，它可以基于字節進行寫入和擦除。部分HC08系列MCU(如MC68HC908JL8)為了解決這個問題，在其監控ROM中提供了虛擬EEP一ROM的例程供用戶使用。但是QG8不具有監控ROM，也就無法提供類似的功能，本文在QG8擦除/寫入Flash的基礎上，給出虛擬EEPROM的實現機制和用戶接口，實現按字節“寫”Flash存儲區的功能，提高Flash存儲器的使用效率及壽命。

1 設計思路

使用Flash模擬EEPROM實現按字節讀寫，其思路是將Flash的一頁依據寫入數據的長度分為若干相等的部分。為了方便起見，每一部分稱為一塊，假設劃分為N塊。在寫入前，此頁Flash已擦除完畢，第1次寫入時將數據寫入第1塊，當用戶對數據修改后重新進行寫入時，數據被寫入第2塊，依次類推，如果進行第N+1次寫入，由于該頁最多劃分為N塊，則先執行頁擦除，然后將數據寫入第1塊中。讀操作相對于寫入操作要簡單得多，因為Flash本身支持按字節讀操作。

上述操作是在底層實現的，對于上層開發人員是透明的，上層開發人員只需要調用接口函數EEE_PROG和EEE_READ即可。

2 具體實現

虛擬EEPROM功能的實現以Flash的擦除/寫入為基礎。Flash頁中包含2部分，一部分是虛擬EEPROM的參數和狀態信息，稱之為信息區，另外一部分是實際用來存儲數據的存儲區。信息區中包含EEPROM首次寫入的數據長度和控制寫入的位置信息;存儲區根據數據長度可以劃分為N個Flash塊，寫入第x個塊時(x≤N)，同時修改信息區的位置信息。進行擦除和寫入操作時分別將Flash操作代碼放置于RAM中運行。

2.1 FIash擦除/寫入的實現

由于HCS08系列MCU中沒有固化ROM，因此也就不具有HC08系列固化的虛擬EEPROM函數或Flash擦除/寫入函數，而直接在Flash中執行同一Flash區的操作會引起不穩定的情況。所以借鑒MC68HC908GP32芯片在線編程系統功能的實現機制，將Flash的擦除和寫入函數先進行編譯，將編譯后的二進制代碼文件(即S19文件)寫入Flash區域。在調用該函數時，先將代碼復制到RAM區，然后調用并在RAM區的入口執行相應的Flash操作。為了減少代碼量，使用同一函數實現了擦除和寫入功能。具體代碼如下：

使用C語言而不是匯編語言編寫這個函數是因為C語言表達更清晰，另外目前的C編譯器能夠產生高效的匯編代碼。函數的入口參數cmd為Flash操作命令，具體命令內容及其命令字節如表1所列;ProgAddr為待操作的Flash的地址，若是擦除操作則為Flash頁內或者整個Flash內的任意地址;buff-erAddr為緩沖區首地址;buff-ersize為待寫入的數據長度。

2.2 存儲信息區的設計

存儲信息區由5個字節構成。其中第一個字節為長度信息，記錄的是空白Flash第一次被寫入的數據大小。另外四個字節為寫入控制信息，用來記錄Flash的寫入情況。每次寫入成功后，將該信息區按從低到高的順序將對應的位由1變為0。這里需要提到的一點是：Flash被擦除后，每個字節的數據都變為0xFF，對Flash編程，其實是將Flash中每一位由“1”狀態變為“O”狀態，或者保持“1”狀態。正是利用這一點，控制信息可以記錄當前Flash數據的寫入情況。例如，若長度信息為16，則會用到控制信息的31位;若長度信息為63，則僅用到低8位，寫入8次后，若要進行下一次寫入操作，由于該頁剩余的長度僅有3字節(512—5—63×8)，小于63，所以需要擦除后才能進行。為了減少擦除次數，這里規定每次寫入的數組長度不能超過63，同時由于控制信息位數的限制，數字長度至少為16字節。存儲信息區的結構如下：

2.3 虛擬EEPROM的實現流程

使用Flash虛擬EEPROM特性存儲數據的接口子例程有2個，分別是寫入例程EE_PROG和讀出例程EE_READ。相對而言，讀出例程的實現較為簡單，只需要根據存儲信息區的長度信息和位置信息通過簡單的計算就可以獲得。

EE_PROG函數的流程如圖1所示。其中，需要調用擦除/寫入函數ProgEraseFlash，以及確定下次向Flash寫入的具體位置的GetNextPos函數，該函數也是虛擬EEP—ROM的重要模塊。

GetNextPos函數的流程如圖2所示，該函數返回下次寫入地址信息。

結 語

MC9S08QG8可用手各種便攜式設備和獨立信息采集存儲設備等產品的開發。采用虛擬EEPROM技術，便可以在需要信息存儲的設備中無需再加入EEPROM。在江蘇畜牧學院“畜牧養殖自動化管控平臺研究”項目中，使用電池供電的信息采集模塊(如溫度、濕度、氣壓、氨氣等模塊)中均采用該型號MCU作為主控MCU，信息數據均采用虛擬EEPROM存儲，達到了降低功耗和減少元器件的目標。