在我們的應用開發過程中，經常會使用到外部的EEPROM外部存儲器來保存一些參數和配置數據等。而比較常用的就是AT24Cxx系列產品，這一節我們來開發用于操作AT24Cxx系列產品的驅動。

1 、功能概述

　　AT24Cxx系列EEPROM包括從1Kbit到2Mbit的各種容量。AT24Cxx系列產品采用I2C總線數據傳送協議。盡管容量跨度很大，但它們都擁有相同的封裝和引腳排布，具體的引腳分配如下：

　　由于A0、A1和A2可以組成000~111八種情況，即通過器件地址輸入端A0、A1和A2可以實現將最多8個器件連接到同一條總線上，通過不同的配置進行器件的選擇。

　　對于AT24Cxx系列EEPROM不同的容量對地址的分配有較大差異，這涉及到設備地址和寄存器地址。從1K容量到2M容量寄存器地址分別采用7到18位來表示。16K及以下容量的EEPROM采用一個字節的寄存器地址配合設備地址段實現7到11位的寄存器地址尋址。而32k及以上的EEPROM采用兩個字節的寄存器地址配合設備地址段實現12到18位的寄存器地址尋址。具體的地址分配如下：

　　從上表我們很容易明白，設備地址的低3位的定義決定了在同一條I2C總線上，最多可以掛載多少個AT24Cxx設備。有3位用于設備地址則最多可掛載8個設備；有2位用于設備地址則最多可掛載4個設備；有1位用于設備地址則最多可掛載2個設備；有0位用于設備地址則最多可掛載1個設備。需要注意的是，不同定義的位的設備混用于同一總線時，相同的定義位必須一樣，否則用作寄存器地址的位可能讓總線上的總線無法識別。

　　在一些AT24Cxx系列EEPROM型號中，帶有序列號的專用存儲單元。這些存儲單元不占用存儲器的存儲單元。序列號為128位，讀取序列號的設備地址以0xB0開頭，以區別于EEPROM存儲區域的讀取。

　　在一些AT24Cxx系列EEPROM型號中，除了帶有序列號的專用存儲單元外，還有帶有48位或者64位的MAC地址，固定在專用的存儲單元。這些單元不占用存儲器的存儲單元。讀取序列號和讀取MAC地址采用同樣的設備地址，均以0xB0開頭。有一些型號該區域并未用于MAC定制可用于用戶操作。

　　需要注意的是有些型號的AT24Cxx系列EEPROM存儲器的設備地址是固化的，需通過型號的后綴標識來識別。

2 、驅動設計與實現

我們已經了解了AT24Cxx存儲器的基本功能及讀寫方式，接下來我們將開發操作AT24Cxx系列EEPROM存儲器的驅動程序。

2.1 、對象定義

　　在使用一個對象之前我們需要獲得一個對象。同樣的我們想要AT24Cxx系列EEPROM存儲器就需要先定義AT24Cxx系列EEPROM存儲器的對象。

2.1.1 、對象的抽象

　　我們要得到AT24Cxx系列EEPROM存儲器對象，需要先分析其基本特性。一般來說，一個對象至少包含兩方面的特性：屬性與操作。接下來我們就來從這兩個方面思考一下AT24Cxx系列EEPROM存儲器的對象。

　　先來考慮屬性，作為屬性肯定是用于標識或記錄對象特征的東西。我們來考慮AT24Cxx系列EEPROM存儲器對象屬性。首先AT24Cxx系列EEPROM存儲器采用的是I2C接口，對于每一個I2C接口元件都有一個設備地址用于區別總線上的設備，所以我們將I2C設備地址作為對象的屬性用以區別總線設備。AT24Cxx系列EEPROM存儲器存在多個型號對應不同的容量和特性，所以我們將其型號設置為對象的屬性以區別對象的類型。前面我們也說過，不同容量的AT24Cxx系列EEPROM存儲器由于尋址空間不同，所以寄存器地址長度也是不同的，所以我們將其地址長度作為屬性以區分處理。

　　接著我們還需要考慮AT24Cxx系列EEPROM存儲器對象的操作問題。我們需要對AT24Cxx系列EEPROM存儲器進行數據讀寫操作，無論讀寫其實都依賴于對I2C接口的操作，而這些操作基本都會依賴于具體的硬件平臺，所以我們將讀寫操作作為對象的操作。

　　根據上述我們對AT24Cxx系列EEPROM存儲器的分析，我們可以定義AT24Cxx系列EEPROM存儲器的對象類型如下：

1 typedef struct At24cObject {
2        uint8_t devAddress;          //設備地址
3        At24cModeType mode;           //設備類型
4        At24cMemAddLengthType memAddLength;           //寄存器地址長度
5        void (*Read)(struct At24cObject *at,uint16_t regAddress,uint8_t *rData,uint16_t rSize);       //讀數據操作指針
6        void (*Write)(struct At24cObject *at,uint16_t regAddress,uint8_t *wData,uint16_t wSize);    //寫數據操作指針
7        void (*Delayms)(volatile uint32_t nTime);       //毫秒延時操作指針
8 }At24cObjectType;

2.1.2 、對象初始化

　　我們知道，一個對象僅作聲明是不能使用的，我們需要先對其進行初始化，所以這里我們來考慮AT24Cxx系列EEPROM存儲器對象的初始化函數。一般來說，初始化函數需要處理幾個方面的問題。一是檢查輸入參數是否合理；二是為對象的屬性賦初值；三是對對象作必要的初始化配置。據此我們設計AT24Cxx系列EEPROM存儲器對象的初始化函數如下：

1 /* 初始化AT24CXX對象 */
 2 void At24cxxInitialization(At24cObjectType *at,    //AT24CXX對象實體
 3                            uint8_t devAddress,   //AT24CXX設備地址
 4                            At24cModeType mode,    //AT24CXX對象類型
 5                            At24cMemAddLengthType length,      //寄存器地址長度
 6                            At24cRead read,        //讀AT24CXX對象操作指針
 7                            At24cWrite write,      //寫AT24CXX對象操作指針
 8                            At24cDelayms delayms           //延時操作指針
 9                             )
10 {
11        if((at==NULL)||(read==NULL)||(write==NULL)||(delayms==NULL))
12        {
13               return;
14        }
15 
16        if((devAddress&0xF0)==0xA0)
17        {
18               at->devAddress=devAddress;
19        }
20        else
21        {
22               at->devAddress=0x00;
23        }
24       
25        at->mode=mode;
26        at->memAddLength=length;
27       
28        at->Read=read;
29        at->Write=write;
30        at->Delayms=delayms;
31 }

2.2 、對象操作

　　我們已經完成了AT24Cxx系列EEPROM存儲器對象類型的定義和對象初始化函數的設計。但我們的主要目標是獲取對象的信息，接下來我們還要實現面向AT24Cxx系列EEPROM存儲器的各類操作。

2.2.1 、寫單個字節

AT24Cxx系列EEPROM存儲器支持單字節寫數據，收到正確的設備地址和字地址字節后，EEPROM將發送一個確認。然后設備將準備接收8位數據字。在接收到8位數據字之后，EEPROM將返回一個ACK。然后，尋址設備(如總線主機)必須使用停止條件終止寫操作。此時，EEPROM將進入一個內部自動定時的寫周期，這個寫周期將在一定時間內完成，而數據字將被編程到非易失性EEPROM中。在這個寫周期中，所有的輸入都是禁用的，EEPROM在寫完成之前不會響應。

如果AT24Cxx對象是一個使用7位到11位地址表示寄存器地址的話，其數據格式如下圖所示：

　　如果AT24Cxx對象是一個使用12位到18位地址表示寄存器地址的話，其數據格式如下圖所示：

　　根據上述時序圖，我們可以編寫AT24Cxx系列EEPROM存儲器寫單個字節數據程序如下：

1 /*向AT24CXX寫入單個字節*/
 2 void WriteByteToAT24CXX(At24cObjectType *at,uint32_t regAddress,uint8_t data)
 3 {
 4        uint8_t temp;
 5        uint16_t regAdd;
 6       
 7        if(at->memAddLength==AT24C8BitMemAdd)
 8        {
 9               regAdd=(uint16_t)(regAddress&0xFF);
10               temp=(uint8_t)(regAddress>>8);
11        }
12        else
13        {
14               regAdd=(uint16_t)regAddress;
15               temp=(uint8_t)(regAddress>>16);
16        }
17        temp=(temp&(~(devAddMask[at->mode]>>1)))<<1;
18        at->devAddress=(at->devAddress & devAddMask[at->mode])|temp;
19  
20        at->Write(at,regAdd,&data,1);
21 }

2.2.2 、寫多個字節

　　AT24Cxx系列EEPROM存儲器支持多字節的寫操作，但對于AT24Cxx對象來說最多只支持寫到發送地址所在的頁尾，所以資料中也稱其為頁寫。而對于不同型號的AT24Cxx系列EEPROM存儲器每頁所包含的字節數是不一樣的，從8個字節到256個字節不等，我們需要注意寫入的字節數。

　　整頁寫的初始化方式與單字節寫的初始化方式相同，但是總線主機在第一個數據字被鎖定后不會發送停止條件。相反，在EEPROM承認接收到第一個數據字之后，總線主機可以傳輸最多到所在頁結尾的數據字。EEPROM將在接收到每個數據字后返回一個ACK。一旦所有要寫的數據都被發送到設備，總線主機必須發出一個停止條件此時內部的自計時寫周期將開始。字地址的下四位在接收到每個數據字后進行內部遞增，高階位地址位元不會增加。整頁寫操作僅限于在單個物理頁中寫入字節，而不管實際寫入的字節數。當增加的字地址到達頁面邊界時，地址計數器將滾動到同一頁面的開頭。這是必須要注意的，一旦繼續寫數據可能會將頁面中先前加載的數據無意中更改。

　　如果AT24Cxx對象是一個使用7位到11位地址表示寄存器地址的話，其寫多個字節的數據格式如下圖所示：

　　如果AT24Cxx對象是一個使用12位到18位地址表示寄存器地址的話，其寫多個字節的數據格式如下圖所示：

　　根據上述時序圖，我們可以編寫AT24Cxx系列EEPROM存儲器寫多個字節數據程序如下：

1 /*向AT24CXX寫入多個字節，從指定地址最多到所在頁的結尾*/
 2 void WriteBytesToAT24CXX(At24cObjectType *at,uint32_t regAddress,uint8_t *wData,uint16_t wSize)
 3 {
 4        uint16_t regAdd;
 5        uint8_t size;
 6        uint8_t temp;
 7       
 8        if(at->memAddLength==AT24C8BitMemAdd)
 9        {
10               regAdd=(uint16_t)(regAddress&0xFF);
11               temp=(uint8_t)(regAddress>>8);
12        }
13        else
14        {
15               regAdd=(uint16_t)regAddress;
16               temp=(uint8_t)(regAddress>>16);
17        }
18        temp=(temp&(~(devAddMask[at->mode]>>1)))<<1;
19        at->devAddress=(at->devAddress & devAddMask[at->mode])|temp;
20       
21        if((wSize<=pageBytes[at->mode])&&(wSize<=(pageBytes[at->mode]-(regAddress®AddMask[at->mode]))))
22        {
23               size=wSize;
24        }
25        else
26        {
27               size=pageBytes[at->mode]-(regAddress®AddMask[at->mode]);
28        }
29  
30        at->Write(at,regAdd,wData,size);
31 }

2.2.3 、讀單個字節

　　AT24Cxx系列EEPROM存儲器支持單字節的讀操作。這一方式其實有兩種模式，讀當前位置和讀隨機位置。其實讀當前位置是讀隨機位置特例，我們考慮一般性則只考慮隨機讀取就可以了。隨機讀的開始方式與字節寫操作加載新數據字地址的方式相同。這就是所謂的“偽寫”序列；但是，必須省略數據字節和字節寫的停止條件，以防止該部分進入內部寫循環。一旦設備地址和字地址被鎖定并被EEPROM確認，總線主機必須生成另一個啟動條件。總線主機現在通過發送一個啟動條件來初始化一個讀取的當前地址，接著是一個有效的設備地址字節，其R/W位設置為邏輯“1”。之后EEPROM將對設備地址進行ACK處理，并在SDA線路上連續地輸出數據字。如果總線主機在第9個時鐘周期內沒有響應ACK，則所有類型的讀操作都將終止。在NACK響應之后，主進程可以發送一個停止條件來完成協議。

　　如果AT24Cxx對象是一個使用7位到11位地址表示寄存器地址的話，其讀單個字節的數據格式如下圖所示：

　　如果AT24Cxx對象是一個使用12位到18位地址表示寄存器地址的話，其讀單個字節的數據格式如下圖所示：

　　根據上述時序圖，我們可以編寫AT24Cxx系列EEPROM存儲器隨機讀取一個字節數據程序如下：

1 /*從AT24CXX讀取單個字節,從隨機地址讀取*/
 2 uint8_t ReadByteFromAT24CXX(At24cObjectType *at,uint32_t regAddress)
 3 {
 4        uint8_t rData;
 5        uint16_t regAdd;
 6        uint8_t temp;
 7  
 8        if(at->memAddLength==AT24C8BitMemAdd)
 9        {
10               regAdd=(uint16_t)(regAddress&0xFF);
11               temp=(uint8_t)(regAddress>>8);
12        }
13        else
14        {
15               regAdd=(uint16_t)regAddress;
16               temp=(uint8_t)(regAddress>>16);
17        }
18        temp=(temp&(~(devAddMask[at->mode]>>1)))<<1;
19        at->devAddress=(at->devAddress & devAddMask[at->mode])|temp;
20  
21        at->Read(at,regAdd,&rData,1);
22  
23        return rData;
24 }

2.2.4 、讀多個字節

　　AT24Cxx系列EEPROM存儲器支持多字節的讀操作，類似于單字節讀取，可以從當前位置開始讀也可以從指定地址開始讀。多字節讀取也稱為順序讀取由當前地址讀取或隨機讀取啟動。總線主接收到一個數據字后，它以ACK應答。只要EEPROM接收到ACK，它就會繼續增加字地址，并連續地計時輸出連續的數據字。當達到最大內存地址時，數據字地址將滾動，順序讀取將從內存數組的開頭開始。如果總線主機在第9個時鐘周期內沒有響應ACK，則所有類型的讀操作都將終止。在NACK響應之后，主進程可以發送一個停止條件來完成協議。

　　如果AT24Cxx對象是一個使用7位到11位地址表示寄存器地址的話，其讀多個字節的數據格式如下圖所示：

　　如果AT24Cxx對象是一個使用12位到18位地址表示寄存器地址的話，其讀多個字節的數據格式如下圖所示：

　　根據上述時序圖，我們可以編寫AT24Cxx系列EEPROM存儲器順序讀取多個字節數據程序如下：

1 /*從AT24CXX讀取多個字節，從指定地址最多到所在頁的結尾*/
 2 void ReadBytesFromAT24CXX(At24cObjectType *at,uint32_t regAddress,uint8_t *rData,uint16_t rSize)
 3 {
 4        uint16_t regAdd;
 5        uint16_t size;
 6        uint8_t temp;
 7       
 8        if(at->memAddLength==AT24C8BitMemAdd)
 9        {
10               regAdd=(uint16_t)(regAddress&0xFF);
11               temp=(uint8_t)(regAddress>>8);
12        }
13        else
14        {
15               regAdd=(uint16_t)regAddress;
16               temp=(uint8_t)(regAddress>>16);
17        }
18        temp=(temp&(~(devAddMask[at->mode]>>1)))<<1;
19        at->devAddress=(at->devAddress & devAddMask[at->mode])|temp;
20       
21        if((rSize<=pageBytes[at->mode])&&(rSize<=(pageBytes[at->mode]-(regAddress®AddMask[at->mode]))))
22        {
23               size=rSize;
24        }
25        else
26        {
27               size=pageBytes[at->mode]-(regAddress®AddMask[at->mode]);
28        }
29  
30        at->Read(at,regAdd,rData,size);
31 }

3 、驅動的使用

　　在上一節我們設計并實現了AT24Cxx系列EEPROM存儲器的驅動程序，而這一節我們將設計一個簡單的應用來驗證這一驅動程序。

3.1 、聲明并初始化對象

　　使用基于對象的操作我們需要先得到這個對象，所以我們先要使用前面定義的AT24Cxx系列EEPROM存儲器對象類型聲明一個AT24Cxx系列EEPROM存儲器對象變量，具體操作格式如下：

　　At24cObjectType at24c;

　　聲明了這個對象變量并不能立即使用，我們還需要使用驅動中定義的初始化函數對這個變量進行初始化。這個初始化函數所需要的輸入參數如下：

　　At24cObjectType *at，AT24CXX對象實體

　　uint8_t devAddress，AT24CXX設備地址

　　At24cModeType mode，AT24CXX對象類型

　　At24cMemAddLengthType length，寄存器地址長度

　　At24cRead read，讀AT24CXX對象操作指針

　　At24cWrite write，寫AT24CXX對象操作指針

　　At24cDelayms delayms，延時操作指針

　　對于這些參數，對象變量我們已經定義了。對象類型與寄存器地址長度為枚舉，根據實際情況選擇就好了。設備地址根據我們的實際使用情況設置就可以了。主要的是我們需要定義幾個函數，并將函數指針作為參數。這幾個函數的類型如下：

1 /* 定義讀數據操作函數指針類型 */
2 typedef void (*At24cRead)(struct At24cObject *at,uint16_t regAddress,uint8_t *rData,uint16_t rSize);      
3 
4 /* 定義寫數據操作函數指針類型 */
5 typedef void (*At24cWrite)(struct At24cObject *at,uint16_t regAddress,uint8_t *wData,uint16_t wSize);   
6 
7 /* 定義延時操作函數指針類型 */
8 typedef void (*At24cDelayms)(volatile uint32_t nTime);

　　對于這幾個函數我們根據樣式定義就可以了，具體的操作可能與使用的硬件平臺有關系。片選操作函數用于多設備需要軟件操作時，如采用硬件片選可以傳入NULL即可。具體函數定義如下：

1 /*讀AT24C寄存器值*/
 2 static void ReadDataFromAT24C(At24cObjectType *at24c,uint16_t regAddress,uint8_t *rData,uint16_t rSize)
 3 {
 4        uint16_t cSize;
 5        uint8_t cmd[2];
 6       
 7        if(at24c->memAddLength==AT24C8BitMemAdd)
 8        {
 9               cSize=1;
10               cmd[0]=(uint8_t)regAddress;
11        }
12        else
13        {
14               cSize=2;
15               cmd[0]=(uint8_t)(regAddress>>8);
16               cmd[1]=(uint8_t)regAddress;
17        }
18       
19        HAL_I2C_Master_Transmit(&at24chi2c,at24c->devAddress,cmd,cSize,1000);
20  
21        HAL_I2C_Master_Receive(&at24chi2c,at24c->devAddress+1,rData, rSize, 1000);
22 }
23  
24 /*寫AT24C寄存器值*/
25 static void WriteDataToAT24C(At24cObjectType *at24c,uint16_t regAddress,uint8_t *wData,uint16_t wSize)
26 {
27        uint8_t tData[wSize+2];
28        uint16_t tSize;
29       
30        if(at24c->memAddLength==AT24C8BitMemAdd)
31        {
32               tSize=wSize+1;
33               tData[0]=(uint8_t)regAddress;
34        }
35        else
36        {
37               tSize=wSize+2;
38               tData[0]=(uint8_t)(regAddress>>8);
39               tData[1]=(uint8_t)regAddress;
40        }
41       
42        for(int i=0;i43        {
44               tData[i+2]=wData[i];
45        }
46  
47        HAL_I2C_Master_Transmit(&at24chi2c,at24c->devAddress,wData,wSize,1000);
48 }

　　對于延時函數我們可以采用各種方法實現。我們采用的STM32平臺和HAL庫則可以直接使用HAL_Delay()函數。于是我們可以調用初始化函數如下：

1 At24cxxInitialization(&at24c,       //AT24CXX對象實體
2                               0xAE,           //AT24CXX設備地址
3                               AT24C01C,        //AT24CXX對象類型
4                               AT24C8BitMemAdd,       //寄存器地址長度
5                               ReadDataFromAT24C,    //讀AT24CXX對象操作指針
6                               WriteDataToAT24C, //寫AT24CXX對象操作指針
7                               HAL_Delay //延時操作指針
8                             );

3.2 、基于對象進行操作

　　我們定義了對象變量并使用初始化函數給其作了初始化。接著我們就來考慮操作這一對象獲取我們想要的數據。我們在驅動中已經將獲取數據并轉換為轉換值的比例值，接下來我們使用這一驅動開發我們的應用實例。

1 /*AT24XXX數據操作*/
 2 void AT24CReadWriteData(void)
 3 {
 4        uint16_t regAddress=0x02;
 5        uint8_t readByte;
 6        uint8_t writeByte=0x0A;
 7        uint8_t rData[2];
 8        uint16_t rSize=2;
 9        uint8_t wData[]={0x5A,0xA5};
10        uint16_t wSize=2;
11       
12        /*從AT24CXX讀取單個字節,從隨機地址讀取*/
13        readByte=ReadByteFromAT24CXX(&at24c,regAddress);
14  
15        /*向AT24CXX寫入單個字節*/
16        WriteByteToAT24CXX(&at24c,regAddress,writeByte);
17  
18        /*從AT24CXX讀取多個字節，從指定地址最多到所在頁的結尾*/
19        ReadBytesFromAT24CXX(&at24c,regAddress,rData,rSize);
20  
21        /*向AT24CXX寫入多個字節，從指定地址最多到所在頁的結尾*/
22        WriteBytesToAT24CXX(&at24c,regAddress,wData,wSize);
23 }

4 、應用總結

這一篇中，我們設計了AT24Cxx系列EEPROM存儲器的讀寫驅動，而且設計了一個簡單的應用驗證了驅動程序，讀寫操作都能按預期要求完成，而且操作也很穩定。

在使用驅動時我們需要注意，因為不同容量的AT24Cxx系列EEPROM存儲器的每一頁的字節數數不一樣的。在多字節讀寫時，最多支持到所在頁尾。到頁尾后，EEPROM存儲器的內部指針將回到頁首，此時執行讀則得到的是錯誤數據，若執行寫則會覆蓋原有數據造成錯誤。所以在程序中若讀寫的范圍超越了一頁的范圍將會被舍棄。

在使用驅動時還需注意，因為不同容量的AT24Cxx系列EEPROM存儲器的尋址范圍是不一樣的，所以用于表示寄存器地址的寄存器地址位數有1個字節和2個字節的差別，為了便于區分需要在對AT24Cxx系列EEPROM存儲器對象進行初始化時指定。

源碼下載：https://github.com/foxclever/ExPeriphDriver