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Flash擦写操作导致USART接收丢数据的话题

融创芯城  发表于 2017/3/29 10:17:48      941 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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问题:

该问题由客户提出,发生在STM32F103VDT6器件上。据客户工程师讲述,在其产品设计中使用了STM32片上Flash模拟了EEPROM的功能,用于存贮数据。在软件调试时,发现开启此功能,会影响到USART通信,导致偶尔发生个别数据接收不到的现象。

 调研:

检查其软件代码,发现其中对Flash上数据的更新操作分为如下几个步骤:

1. 保存Flash页上的数到RAM中;

2. 擦除Flash页;

3. 修改RAM中的数据;

4. RAM中的数据写回Flash页上;

对照STM32的数据手册,查找到相关的数据:

1. 字写入时间 40uS ~ 70uS;

2. 页擦除时间40mS;

检查软件代码,找到对USART的设置:

1. 波特率115200BPS

2. 帧格式为个起始位,8个数据位,2个停止位;

检查软件代码,发现其对USART的接收数据采用中断的方式进行读取。

 结论:

通过计算,USART的每个帧的传输时间为:

t=(1+8+2)/115200=95.5uS

该时间大于Flash的字写入时间,小于Flash的页擦除时间。所以,在Flash页擦除期间有可能发生多次字节帧的传输。而在此其间,由于Flash接口不可用,CPU不能取指令,导致中断得不到及时响应,从而发生接收到的数据未及时读走而被覆盖的现象。

处理:

在内存中建立循环缓冲区,开启DMA 通道。一旦USART 有数据收到,DMA 负责将其传输至循环缓冲区中。软件定期检测循环缓冲区中是否有接收到的数据,如果有则加以处理。

建议:

在只有一个Flash 模块的STM32 中,CPU Flash 接口的使用具有独占性。该接口不能同时进行多个操作,比如,在写操作的同时进行读取操作,或在擦除操作的同时进行读取操作,即便读、写操作的地址不同,或者所读数据不在被擦除的页上也不行。因此,当程序运行在Flash 上情况下,在对Flash 进行写入、擦除操作时,往往会因为CPU 取不到指令而造成程序执行的停顿。这一现象会引发系统对外部事件响应上的不及时,必须采取相应的措施加以避免。


通常,对于通信接收数据这类事件,可以使用DMA 进行辅助,避免数据被覆盖。对于外部中断、定时事件等必须要软件及时响应的事件来说,可以将中断向量表转移到 RAM 中,同时将中断服务程存放在 RAM 中执行CPU VTOR 寄存器用来存放中断向量表的偏移地址,修改该寄存器的值,可以改变中断向量表在内存空间中存放的地址,详见Cortex-M3 的技术参考手册。


IAR 开发工具下,定义一个在RAM 中执行的函数,可以使用其扩展关键字__ramfunc,举例如下:

__ramfunc void EXTI9_5_IRQHandler(void)

{

  If (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line9)!=RESET)

   { /*clearthe EXTI line9 pending bit*/

   EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line9);

  ……

   }

}

Keil MDK ,可以将相关的中断服务程序单独放在一个“.c”文件中,然后通过修改scatter 来实现在RAM中执行,例如中断服务程序放在“exti9.c”中:

LD_ROM 0x8000000 0x10000

{

EX_ROM 0x08000000 0x10000

   {

      Startup.o(RESET,+FIRST)

      ANY(+RO)

     }

  EX_RAM 0x20000000

   { 

    exti9.o(+RO)  ;将中断服务函数放在RAM

   }

RW_RAM +O

  {

  startup.o(STACK,+ZI)

  .ANY(+RW,+ZI).

   }

}


话题延伸:

我们再从另一角度来思考和探讨该问题,抛砖引玉吧。

显然,导致程序发生执行停顿的一个关键原因是对Flash 进行了写或者擦除操作。如果再排除这一原因,也就不会发生程序执行停顿了。所以,要解决这一问题,可以将数据暂存在RAM 当中,而不是每次修改后都立刻更新Flash。可以考虑利用STM32 PVD 功能监控电源电压,发现有掉电倾向立刻启动写Flash 操作,将RAM中暂存的数据写到Flash 中。这样,在整个STM32 运行期间,只有到了最后时刻才对Flash进行了写操作,而这时也不需要再响应什么事件了(也没时间响应了)。这是一个不错的思路,当然,很多细节需要仔细斟酌。


首先,为节约这最后的每一微秒时间,Flash页面的擦除要提前完成。若将这一操作放在STM32 开始监控各种事情以后自然不妥,因为同样会造成事件响应不及时。看来,最佳时间段只有系统初始化阶段了。


其次,在擦除Flash 期间发生掉电要如何处置?这时,备份在RAM 中的数据会来不及写回Flash 而丢失。为了避免这一情况的发生,可以使用双页交替存贮的方式(传说中的乒乓操作)保存数据。两个Flash 页上分别存有两个版本的数据,一新一旧,并在最后附有版本号及校验和。系统初始化时,选择的旧版本页面或无效页面进行擦除。这样,既便此时发生掉电,也无须向Flash 写回备份数据,因为最新数据仍在Flash中。而每次向Flash 更新数据时,都以更新的版本号进行标注,原来的新本数据自然的变成了旧版本。


再次,为了尽量延长最后的可用于写Flash 的时间,尽量降低系统功耗是非常有必要的。关掉PLL,直接使用OSC 送来的时钟作为系统时钟,可以明显的降低功耗。关掉所有外设的时钟可以进一步降低系统的功耗。根据片外电路的特性,调整I/O 的输出状还能进一步降低系统功耗。

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