在應用編程(IAP)應該是MCU使用過程中常見的一種功能，MCU廠商為了加速用戶的產品開發，都會在其SDK中添加相關示例，而且也有不少用戶只需要簡單的集成，就完成了該功能并實現產品的量產。但你是否真的會在Flash上存數據？

首先我們需要從片內和片外存儲談起，MCU內部的非易失性存儲器絕大多數都是基于FLASH的（也有少部分是EEPROM的，比如NXP LPC80x系列），MCU外部的非易失性存儲器可以有FLASH，EEPROM，其中EEPROM比較常見的是I2C接口，FLASH有NAND, NOR, SPI NOR等等。

實際應用過程中，我們到底應該怎么選擇呢？需要存儲的數據量大小是首要問題，我們可以根據它來大致設定規則

1. 當數據量大于128MB時，NAND FLASH或者SD(TF)卡是常見的選擇，但考慮到NAND FLASH會有壞塊的問題，編寫存儲軟件時需要考慮磨損均衡已經壞塊管理的問題，想要做的非常可靠并不容易。

2. 當數據量小于128MB，大于2MB時，可以選擇NOR FLASH或EEPROM，EEPROM技術上的優勢是耐久性好，可以反復多次編程，最高可達100W次的擦寫循環，NOR FLASH相比EEPROM容量會更大，平均成本更好，但是壽命會少個0，最大只能到10W次的擦寫循環。

   EEPROM(AT24C02)

   

   FLASH(IS25WP032)

   

3. 當數據量小于2MB時，就可以考慮將其放入MCU內部的FLASH中，一旦決定把數據放MCU內部FLASH時，就面臨兩個問題：

   (1)MCU片內FLASH承諾的壽命更短，一般可能是1~5W次，好像也有幾百次的，鑒于大佬已經停線，這里就不點名了。關于這個參數切記要參考手冊，不同廠家的參數不一樣，同一廠家的不同系列也可能有差異

   NXP Kinetis系列MCU

   

   STM32 F103xx

   

   (2) 擦寫過程可能需要關閉中斷，雖然這個不是必須的，但除非MCU的Datasheet明確有寫支持，絕大多數MCU都是有這方面的要求，并且IAP編程的函數需要運行于RAM或ROM中，因為擦寫過程中，如果MCU沒有特殊的設計(比如下圖NXP Kinetis　K64系列帶有雙Block flash是可以支持WWR)，該過程是無法進行取指的，關中斷的目的是防止外部中斷觸發運行于FLASH上的ISR，如果用戶不希望關中斷，則必須要將可能發生中斷的函數Relocate到RAM中

   

   //RAM中執行的編程函數
   static status_t flash_command_sequence(flash_config_t *config)
   {
       uint8_t registerValue;
   
   __set_PRIMASK(1);
   
   #if FLASH_DRIVER_IS_FLASH_RESIDENT
       /* clear RDCOLERR & ACCERR & FPVIOL flag in flash status register */
       FTFx->FSTAT = FTFx_FSTAT_RDCOLERR_MASK | FTFx_FSTAT_ACCERR_MASK | FTFx_FSTAT_FPVIOL_MASK;
   
       status_t returnCode = flash_check_execute_in_ram_function_info(config);
       if (kStatus_FLASH_Success != returnCode)
       {
       __set_PRIMASK(0);
           return returnCode;
       }
   
       /* We pass the ftfx_fstat address as a parameter to flash_run_comamnd() instead of using
        * pre-processed MICRO sentences or operating global variable in flash_run_comamnd()
        * to make sure that flash_run_command() will be compiled into position-independent code (PIC). */
       callFlashRunCommand((FTFx_REG8_ACCESS_TYPE)(&FTFx->FSTAT));
   __set_PRIMASK(0);
   #else
       /* clear RDCOLERR & ACCERR & FPVIOL flag in flash status register */
       FTFx->FSTAT = FTFx_FSTAT_RDCOLERR_MASK | FTFx_FSTAT_ACCERR_MASK | FTFx_FSTAT_FPVIOL_MASK;
   
       /* clear CCIF bit */
       FTFx->FSTAT = FTFx_FSTAT_CCIF_MASK;
   
       /* Check CCIF bit of the flash status register, wait till it is set.
        * IP team indicates that this loop will always complete. */
       while (!(FTFx->FSTAT & FTFx_FSTAT_CCIF_MASK))
       {
       }
   #endif /* FLASH_DRIVER_IS_FLASH_RESIDENT */
   
       /* Check error bits */
       /* Get flash status register value */
       registerValue = FTFx->FSTAT;
   
       /* checking access error */
       if (registerValue & FTFx_FSTAT_ACCERR_MASK)
       {
       __set_PRIMASK(0);
           return kStatus_FLASH_AccessError;
       }
       /* checking protection error */
       else if (registerValue & FTFx_FSTAT_FPVIOL_MASK)
       {
       __set_PRIMASK(0);
           return kStatus_FLASH_ProtectionViolation;
       }
       /* checking MGSTAT0 non-correctable error */
       else if (registerValue & FTFx_FSTAT_MGSTAT0_MASK)
       {
       __set_PRIMASK(0);
           return kStatus_FLASH_CommandFailure;
       }
       else
       {
       __set_PRIMASK(0);
           return kStatus_FLASH_Success;
       }
   }
   

   (3) 擦寫時間對系統的影響，之前講過擦寫過程是不能執行FLASH code的，所以勢必會讓系統pending住，而這個pending時間可以在Datasheet中尋找答案，一般擦除是按照sector/block大小來的，編程時按照word或者page大小來的，擦除時間一般更長，對系統影響更大。用戶需要考慮的是系統是否可以接受每個控制周期，等待1個擦除最小單位的編程時間，這是由于有可能需要編程的數據比較大，如果同一時間更新勢必會影響到控制周期，但如果把擦寫任務分配到每個控制周期，就可以將影響降低到最小，以NXP　Ｋｉｎｅｔｉｓ，擦除一個Sｅｃｔｏｒ典型值是１４ｍｓ，每次寫入Lｏｎｇｗｏｒｄ（8字節）所需要的時間是６５ｕｓ，當需要升級的時候，在接收到升級命令的第一幀處理時，增加ｓｅｃｔｏｒ刪除命令，本次運算周期會增加１４ｍｓ的ｐｅｎｄｉｎｇ時間，然后每周期編程８字節數據。如果系統需要將數據存在內部ｆｌａｓｈ上，就必須接受某一個周期增加１４ｍｓ的ｐｅｎｄｉｎｇ，隨著ｆｌａｓｈ寫入次數的增多，１４ｍｓ還會增大到１１４ｍｓ

   

在確定了上述問題之后就可以完成存儲設備的選型，但軟件處理還需要注意以下幾個要點，這些問題MCU廠家一般是不會提供解決方案的，需要用戶根據自己的需求來完成：

1. 冗余備份：有些時候用戶需要更新正在使用的參數/固件，考慮到更新失敗的情況下，需要支持參數/固件版本回退，所以需要兩片備份區進行冗余備份。

   

2. Magic number or 校驗碼：Magic number一般就是在FLASH編程結束時候，寫一個位數較高的（64bit）值到固定地址，使用加載數據時，先判斷Magic number是否正確，以此判斷編程過程是否完整，切記Magic number要在編程時先擦后寫（第一個擦，最后一個寫），否則無法起到驗證效果。這種驗證方式比較初級，對于可靠性要求更高的場合，一般會使用校驗碼的方式（CRC或者MD5），特別是參數文件通過通信的方式傳輸到MCU中，雖然通信過程可能也有校驗（比如Modbus RTU的CRC），但是無法保證數據在RAM緩沖區不發生位翻轉的情況，大多數MCU都不支持ECC功能，在這種情況下是無法糾錯的，如果對端設備會將文件的校驗碼發過來進行校驗，就可以避免該問題的發生，雖然RAM出現位翻轉的概率非常低，但是如果發生位翻轉的參數是設備的保護點或者PWM死區值，一旦出現錯誤，就可能會發生設備故障或損毀，甚至出現安全事故。

   

3. 編程過程掉電或復位：在編程的過程中出現掉電或者復位是經常出現的一種異常情況。比如震動導致電源接觸不良，或者系統異常導致看門狗無法喂狗都有可能出現，還有使用POE電源對端設備直接斷電都有可能造成這種異常。所以一定要考慮在這種情況下的異常處理，比如上電加載數據的時候，如果校驗失敗，可以使用一組安全數據或者更新前的數據。對于帶操作系統的應用，建議硬件添加系統掉電檢測電路，在檢測到掉電事件（如24V掉電）發生時，如果當前沒有寫入Flash，則lock住寫入進程，如果當前正在寫入Flash，則立即調用sync函數，盡快將數據從緩存寫入Flash（硬件上MCU VDD加個稍微大點的電容，多扛一段時間），不要等待系統后臺寫入。

   

4. 二次編程：有些MCU內部的Flash是帶有校驗機制的，對于同一地址在擦除完成后，只能進行一次編程，如果進行二次編程寫入不同數值進去，可能會除非校驗失敗，導致該地址無法正常讀寫。

總結，這里列了一個表格，當需要IAP的時候，可以根據所選芯片的參數判斷是否滿足自身系統的需求（下表已經填入示例數據）：

　　審核編輯：湯梓紅