EEPROM（電可擦寫可編程只讀存儲器）是可用戶更改的只讀存儲器（ROM），其可通過高于普通電壓的作用來擦除和重編程（重寫）。不像EPROM芯片，EEPROM不需從計算機中取出即可修改。在一個EEPROM中，當(dāng)計算機在使用的時候是可頻繁地重編程的，EEPROM的壽命是一個很重要的設(shè)計考慮參數(shù)。EEPROM的一種特殊形式是閃存，其應(yīng)用通常是個人電腦中的電壓來擦寫和重編程。本文主要針對兩線EEPROM AT24C512來創(chuàng)建文件系統(tǒng)，當(dāng)然也適用于其他同類產(chǎn)品。

　　1  AT24C512簡介

　　AT24C512是ATMEL公司生產(chǎn)的64KB串行電可擦的可編程存儲器，內(nèi)部有512頁，每一頁為128字節(jié)，任一單元的地址為16位，地址范圍為0000-0FFFH.它采用8引腳封裝，具有結(jié)構(gòu)緊湊，存儲容量大等特點，可以在2線總線上并接4片芯片，特別適用于具有大容量數(shù)據(jù)存儲要求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因此在測控系統(tǒng)中被大量采用。

　　1.1  封裝及引腳介紹

圖1  AT24C512引腳圖

　　AT24C512有多種封裝：TSSOP、PDIP、SOIC、dBGA2、SAP等。其引腳順序如圖1所示。

　　A0,A1:設(shè)備地址。當(dāng)串行總線上掛接多片EEPROM芯片時，用這個地址來區(qū)分各芯片。

　　SDA:串行數(shù)據(jù)。

　　SCL:串行時鐘。

　　WP:寫保護。低電平寫允許，高電平寫禁止。

　　VCC:電源。

　　GND:地。

　　NC:懸空。

　　1.2  芯片操作簡介

　　（1） 設(shè)備尋址（device addressing）

　　在讀寫EEPROM前，需要一個開始標(biāo)志和一個8位的設(shè)備地址去尋址。其設(shè)備地址格式如下：

　　其中，一位為讀寫操作位，1表示讀操作，0表示寫操作。

　　（2） 寫操作

　　AT24C512提供字節(jié)寫和128字節(jié)頁寫功能。字節(jié)寫與頁寫操作主要區(qū)別在于：后者不需要每寫入一字節(jié)就提供一個結(jié)束標(biāo)志，而是在處理器得到應(yīng)答信號后繼續(xù)寫入數(shù)據(jù)，直到寫完小于等于一頁的數(shù)據(jù)。字節(jié)寫和頁寫的操作如圖2和圖3所示。

圖2字節(jié)寫操作

　?。?） 讀操作

　　AT24C512的讀操作有多種模式，包括當(dāng)前地址讀、隨機地址讀和連續(xù)多字節(jié)讀3種方式。讀操作基本與寫操作同。當(dāng)前地址讀操作不發(fā)送片內(nèi)地址，每次只讀取當(dāng)前地址的數(shù)據(jù)，片內(nèi)讀地址自動加1,直到讀完整片EEPROM后置0.隨機地址讀操作需先指定片內(nèi)地址，然后讀出數(shù)據(jù)。而連續(xù)多字節(jié)讀操作則綜合了上述兩種方式，既可以是當(dāng)前地址讀，也可以是隨機地址讀。每當(dāng)處理器接收到一字節(jié)數(shù)據(jù)后返回一個ACK,EEPROM收到此ACK后地址自動加1,接著輸出下一個字節(jié)數(shù)據(jù)，直到控制器返回NO ACK時，讀過程結(jié)束。

　　2  AT24C512與主控芯片的連接

　　采用Atmel公司的工控芯片AT91RM9200[2]作為主控芯片。AT91RM9200有專用兩線接口，可用來連接AT24C512.AT24C512與主控芯片的連接如圖4所示。

圖4  AT24C512與主控芯片的連接電路

　　由于AT91RM9200內(nèi)部有兩線控制器，因此對AT24C512的訪問只需操作AT91RM9200的內(nèi)部寄存器，而無需人為模擬AT24C512的訪問時序。這為編程提供了方便，同時也保證了可靠性。這里以寫操作的流程為例，簡要介紹在主控芯片AT91RM9200下如何對AT24C512進行編程，如圖5所示。

圖5  寫流程

　　3  Linux塊設(shè)備驅(qū)動

　　3.1  Linux塊設(shè)備驅(qū)動模型

　　Linux是一類Unix計算機操作系統(tǒng)的統(tǒng)稱。Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核的名字也是"Linux".Linux操作系統(tǒng)也是自由軟件和開放源代碼發(fā)展中著名的例子。嚴(yán)格來講，Linux這個詞本身只表示Linux內(nèi)核，但在實際上人們已經(jīng)習(xí)慣了用Linux來形容整個基于Linux內(nèi)核，并且使用GNU 工程各種工具和數(shù)據(jù)庫的操作系統(tǒng)。Linux得名于計算機業(yè)余愛好者Linus Torvalds.

　　在Linux系統(tǒng)中（本文使用Linux內(nèi)核2.6.28），設(shè)備驅(qū)動程序通常有固定的模式，既為編寫具體的驅(qū)動程序提供了方便，也減少了錯誤的發(fā)生。在編寫塊設(shè)備驅(qū)動程序時，首先用register_blkdev注冊塊設(shè)備，之后分配處理函數(shù)。處理函數(shù)主要包括：request函數(shù)，當(dāng)有讀寫操作時內(nèi)核會調(diào)用該函數(shù)；open函數(shù)，用于打開設(shè)備；release函數(shù)，用于釋放設(shè)備；ioctl函數(shù)，用于查詢或設(shè)置一些信息。向內(nèi)核注冊磁盤。此時，磁盤設(shè)備將被激活，并隨時會調(diào)用它提供的方法。

　　3.2  在塊設(shè)備驅(qū)動中訪問EEPROM

　　為了訪問EEPROM,就需要將對EEPROM的操作與塊設(shè)備驅(qū)動關(guān)聯(lián)起來。首先是在塊設(shè)備驅(qū)動初始化代碼中調(diào)用at91_twi_init對EEPROM進行初始化，然后在塊設(shè)備傳輸函數(shù)block_transfer中調(diào)用AT91_TWI_Read和AT91_TWI_Write進行讀寫操作，這樣就使得塊設(shè)備驅(qū)動和EEPROM關(guān)聯(lián)起來了。

　　為了提高效率，在對EEPROM寫操作時采用頁寫模式。這里要注意的是，需要對寫入的數(shù)據(jù)進行分割，因為AT24C512 提供的是128字節(jié)頁寫功能，如果多于128字節(jié)，需分成128字節(jié)的倍數(shù)。同時注意，在寫結(jié)束時，應(yīng)等待1個寫周期時間，再進行其他的操作；在進行讀操作時，為了提高效率，應(yīng)采用連續(xù)多字節(jié)讀方式。

　　4  建立文件系統(tǒng)

　　文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)用于明確磁盤或分區(qū)上的文件的方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；即在磁盤上組織文件的方法。也指用于存儲文件的磁盤或分區(qū)，或文件系統(tǒng)種類。操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)管理和存儲文件信息的軟件機構(gòu)稱為文件管理系統(tǒng)，簡稱文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)由三部分組成：與文件管理有關(guān)軟件、被管理文件以及實施文件管理所需數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。從系統(tǒng)角度來看，文件系統(tǒng)是對文件存儲器空間進行組織和分配，負(fù)責(zé)文件存儲并對存入的文件進行保護和檢索的系統(tǒng)。具體地說，它負(fù)責(zé)為用戶建立文件，存入、讀出、修改、轉(zhuǎn)儲文件，控制文件的存取，當(dāng)用戶不再使用時撤銷文件等。

　　為了按文件方式存取EEPROM,在塊設(shè)備之上建立文件系統(tǒng)是必要的。由于AT24C512只有64 KB的容量，建立文件系統(tǒng)時，應(yīng)該選擇本身占用空間少的文件系統(tǒng)。當(dāng)然這要根據(jù)具體需求來作出決定。

　　下面以msdos、minix、ext2文件系統(tǒng)為例作個比較。首先分別使用mkdos、mkfs.minix、mke2fs 對塊設(shè)備格式化，并掛載到某個目錄下。在未寫入任何文件數(shù)據(jù)的情況下，其結(jié)果如表1所列。

　　表1  文件系統(tǒng)對比

　　AT24C512 EEPROM只有64 KB容量，相比磁盤等大容量的存儲設(shè)備，除穩(wěn)定性外，主要考慮的是有效空間利用率。從表1中可以看出，在這3種文件系統(tǒng)中，msdos文件系統(tǒng)的空間利用率要高一些，minix文件系統(tǒng)次之，ext2文件系統(tǒng)。但是msdos文件系統(tǒng)的缺點是只支持8.3格式的文件名，而minix文件系統(tǒng)支持的文件名多為14個字符，ext2文件系統(tǒng)支持的文件名長度則高達255個字符。

　　5  結(jié)論

　　由于AT24C512這類串行EEPROM本身固有的特性，在寫入和讀取文件操作時，其響應(yīng)速度要低于NOR Flash、NAND Flash等存儲設(shè)備。盡管如此，EEPROM也有其優(yōu)勢，目前仍然大量應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。在EEPROM上建立文件系統(tǒng)，給存取帶來了極大的便利，也大大地簡化了應(yīng)用程序的編寫。