EEPROM原理與應(yīng)用

1、16.May 2006HUAWEI TECHNOLOGIES Co., LHUAWEI Confidential Security Level: SecretEEPROM IntroductionAR硬件李東 00176431HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 2目錄目錄EEPROM器件簡介器件簡介I2C EEPROM器件介紹器件介紹SPI EEPROM器件介紹器件介紹HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 3 EEPROM是是Electrically-E

2、rasable Programmable Read Only Memory的簡稱，中文意為：電可擦可編程只讀存儲器。所謂只讀的簡稱，中文意為：電可擦可編程只讀存儲器。所謂只讀存儲器是因?yàn)榭梢杂霉苣_設(shè)置或軟件命令方式設(shè)置其工作于只讀方存儲器是因?yàn)榭梢杂霉苣_設(shè)置或軟件命令方式設(shè)置其工作于只讀方式，并沒有和可擦可編程的說法矛盾。可以支持式，并沒有和可擦可編程的說法矛盾?？梢灾С?00萬次擦寫，數(shù)萬次擦寫，數(shù)據(jù)保存據(jù)保存100年以上。一般來說，年以上。一般來說，EEPROM適用于存儲諸如初始化配適用于存儲諸如初始化配置數(shù)據(jù)、單板重要信息等場合，這種場合的要求是：數(shù)據(jù)存儲量比置數(shù)據(jù)、單板重要信息等場合，

3、這種場合的要求是：數(shù)據(jù)存儲量比較少、訪問速率要求不高、掉電后數(shù)據(jù)不丟失。因此較少、訪問速率要求不高、掉電后數(shù)據(jù)不丟失。因此EEPROM，特別是串行特別是串行EEPROM是最佳選擇，它還能節(jié)省單板的空間，我們是最佳選擇，它還能節(jié)省單板的空間，我們公司用的都是串行公司用的都是串行EEPROM。串行。串行EEPROM按照硬件接口的不同按照硬件接口的不同可以分為兩種：可以分為兩種： 1、I2C接口接口EEPROM； 2、SPI接口接口EEPROM。 以下對這兩種串行以下對這兩種串行EEPROM分開來做介紹。分開來做介紹。EEPROM 器件簡介器件簡介HUAWEI TECHNOLOGIES Co., L

4、td.HUAWEI Confidential Page 48PIN的的I2C接口接口EEPROM的管腳圖如圖所示：的管腳圖如圖所示： 8PIN的的I2C接口接口EEPROM管腳管腳 I2C接口接口EEPROM管腳說明管腳說明HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 514PIN-EEPROM比比8PIN-EEPROM多出來的管腳都是多出來的管腳都是NC腳，并且不常用，所以腳，并且不常用，所以此處就不介紹。此處就不介紹。I2C接口接口EEPROM使用兩根線進(jìn)行讀寫操作，一根為時鐘線（使用兩根線進(jìn)行讀寫操作，一根為時鐘線（SCL）、

5、另一根）、另一根為數(shù)據(jù)線（為數(shù)據(jù)線（SDA）。）。SDA為雙向信號，同時由于為雙向信號，同時由于EEPROM只能是只能是I2C總線中總線中的的Slave，所以，所以SCL為輸入信號。和標(biāo)準(zhǔn)的為輸入信號。和標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線一樣，總線一樣，SDA的輸出為的輸出為Open-drain方式。方式。WP為寫保護(hù)管腳，高電平使能。為寫保護(hù)管腳，高電平使能。A2:0為地址輸入管腳，用來作為為地址輸入管腳，用來作為EEPROM地址識別位，不同的地址識別位，不同的EEPROM使使用的位數(shù)不同。用的位數(shù)不同。VCC為電源管腳，不同的為電源管腳，不同的EEPROM有不同的電源電壓要求。同時，不同的供有不同的電源電壓

6、要求。同時，不同的供電電壓支持的最高時鐘頻率也不同，電壓越高支持的時鐘頻率也越高。電電壓支持的最高時鐘頻率也不同，電壓越高支持的時鐘頻率也越高。I2C接接口口EEPROM支持的最高時鐘頻率一般為支持的最高時鐘頻率一般為100KHz400KHz。GND為地管腳。為地管腳。I2C接口接口EEPROM管腳說明管腳說明HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 6I2C接口接口EEPROM操作分析操作分析控制字節(jié)格式控制字節(jié)格式HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 7I

7、2C接口接口EEPROM操作分析操作分析I2C接口接口EEPROM傳輸控制字節(jié)格式見上圖。傳輸控制字節(jié)格式見上圖。S：開始傳輸指示。：開始傳輸指示。Control Code：所有：所有I2C接口接口EEPROM統(tǒng)一的控制碼，統(tǒng)一的控制碼，4位組成位組成“1010”。Chip Select Bits：EEPROM地址識別位，地址識別位，3位組成位組成A2:0，分別對應(yīng)器，分別對應(yīng)器件管腳件管腳A2:0的輸入電平，當(dāng)?shù)妮斎腚娖?，?dāng)Master器件的器件的I2C總線上掛接多片總線上掛接多片EEPROM時，可以由此做片選。但是有的時，可以由此做片選。但是有的EEPROM A2:0這這3個管腳未個管腳未

8、用或者用了用或者用了12個，那么此處地址識別位中，多余的位可以用來做個，那么此處地址識別位中，多余的位可以用來做EEPROM內(nèi)部存儲內(nèi)部存儲Block選擇（如果需要的話）。選擇（如果需要的話）。R/W：讀寫命令，：讀寫命令，“1”為讀；為讀；“0”為寫。為寫。ACK：Acknowledge bit。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 8I2C接口接口EEPROM寫操作寫操作 字節(jié)寫操作（Byte Write）：字節(jié)寫操作序列見上圖。一次只寫1個字節(jié)。Master先發(fā)出Start指令，接著是控制字節(jié)EEPROM正常響應(yīng)，發(fā)出

9、Acknowledge bit然后Master再送出要寫入的EEPROM存儲單元地址EEPROM正常響應(yīng)，發(fā)出Acknowledge bitMaster再送出數(shù)據(jù)EEPROM正常響應(yīng)，發(fā)出Acknowledge bitMaster發(fā)出Stop指令，結(jié)束本次寫操作。其中地址位長度視EEPROM容量來定，按目前公司使用的EEPROM容量來看，地址不超過2個字節(jié)。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 9I2C接口接口EEPROM寫操作寫操作 頁寫操作（Page Write）：EEPROM內(nèi)有Page Write Buffer，不同

10、容量EEPROM的Page Write Buffer大小不同（可參見表1）。Page寫時，數(shù)據(jù)先寫入Page Write Buffer，等到Master發(fā)出Stop指令后才往存儲單元寫。頁寫操作序列見上圖。跟字節(jié)寫不同的是：Master寫完1個字節(jié)后不發(fā)Stop指令，繼續(xù)送出數(shù)據(jù)，直到寫滿EEPROM的Page Write Buffer為止。EEPROM內(nèi)部有地址循環(huán)計(jì)數(shù)器，每寫入1個字節(jié)地址加1，當(dāng)?shù)刂芳拥疆?dāng)前Page的上界時，如果還繼續(xù)寫的話，地址就會回到當(dāng)前Page的下界。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 10I2

11、C接口接口EEPROM寫操作寫操作頁寫操作（Page Write）：以24LC08為例，它的存儲結(jié)構(gòu)為：4(block)2568(bit) ，Page Write Buffer大小為16bytes。那么Page Write時，在Control Byte指定Block選擇位“B1B0”，在Word Address指定8位地址“A7A6A5A4A3A2A1A0”。那樣“B1B0”和“A7A6A5A4”就指定了當(dāng)前Page Write是哪個Page，“B1B0A7A6A5A40000”為當(dāng)前Page的下界，“B1B0A7 A6A5A41111”為當(dāng)前Page的上界，而“A3A2A1A0”指定了從當(dāng)前

12、Page的哪個單元開始寫。內(nèi)部地址循環(huán)計(jì)數(shù)器就從“A3A2A1A0”開始計(jì)數(shù)，每寫1次加1，當(dāng)計(jì)數(shù)值為“1111”時，如果繼續(xù)寫的話，計(jì)數(shù)值就回到“0000”。所以一次Page Write操作時，數(shù)據(jù)不要超過1個Page的長度，否則會造成數(shù)據(jù)覆蓋。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 11I2C接口接口EEPROM讀操作讀操作當(dāng)前地址讀操作：當(dāng)前地址讀操作序列見上圖。Master每對EEPROM進(jìn)行一次讀/寫操作，EEPROM內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器就會加1，因此當(dāng)前地址單元為前一次訪問的下一個地址單元。Current Read方式就

13、利用這個原則省略了地址，Master只需送出包含讀命令的控制字節(jié)就行。Master接收1個字節(jié)后，無效Acknowledge bit，并送出Stop指令，結(jié)束當(dāng)前讀操作。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 12I2C接口接口EEPROM讀操作讀操作 任意讀操作：任意讀操作：任意讀操作序列見上圖。Master要先送出寫操作命令，并且送出地址，地址可以是任意的。Master要重新發(fā)出開始指令來結(jié)束寫操作，然后再送出包含讀命令的控制字節(jié)。Master接收1個字節(jié)后，無效Acknowledge bit，并送出Stop指令，結(jié)束當(dāng)前

14、讀操作。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 13I2C接口接口EEPROM讀操作讀操作 連續(xù)讀操作：連續(xù)讀操作：連續(xù)讀操作序列見上圖。跟當(dāng)前地址讀/任意讀不同的是：Master接收到1個字節(jié)后，不發(fā)出Stop指令，而是繼續(xù)送出Acknowledge bit，繼續(xù)接收。每讀1次EEPROM地址計(jì)數(shù)器加1；同樣是循環(huán)計(jì)數(shù)，讀操作地址計(jì)數(shù)邊界為整片EEPROM地址邊界，不同于Page Write地址計(jì)數(shù)邊界。因此連續(xù)讀方式可以讀完整片EEPROM。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confi

15、dential Page 14I2C接口接口EEPROM讀操作讀操作 Acknowledge bit檢測檢測： ：執(zhí)行寫操作時，不論是Byte Write還是Page Write，EEPROM只有接收到Master發(fā)出的Stop指令后，才觸發(fā)內(nèi)部的寫周期。在內(nèi)部寫周期內(nèi)，EEPROM不會響應(yīng)Master的指令。所以Master要檢測內(nèi)部寫周期什么時候結(jié)束。Master寫操作和EEPROM內(nèi)部寫周期檢測流程如下圖：HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 15I2C接口接口EEPROM讀操作讀操作 Acknowledge bit檢

16、測：檢測：第1步：Master往EEPROM寫數(shù)據(jù)。第2步：Master結(jié)束寫操作，并觸發(fā)EEPROM內(nèi)部寫周期。第3步：檢測開始，Master發(fā)出開始指令。第4步：Master發(fā)送包含寫命令的控制字節(jié)。第5步：Master檢測EEPROM送出的Acknowledge bit：如果是“0”，表示EEPROM內(nèi)部寫周期已結(jié)束，可以進(jìn)行后續(xù)的操作；如果是“1”，則表示EEPROM內(nèi)部寫周期還沒有結(jié)束，這時候應(yīng)該跳回到第3步，進(jìn)行循環(huán)檢測。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 16不同不同I2C接口接口EEPROM之間區(qū)別之間區(qū)別

17、 目前，公司使用目前，公司使用Microchip公司、公司、Atmel公司的公司的I2C接口接口EEPROM。它們之間的。它們之間的主要區(qū)別見下表：主要區(qū)別見下表：HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 17SPI接口接口EEPROM管腳說明管腳說明SPI接口接口EEPROM的管腳圖如圖所示：的管腳圖如圖所示：HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 18SPI接口接口EEPROM管腳說明管腳說明S：片選輸入，高電平有效。C：時鐘輸入。D：串行數(shù)據(jù)輸入。Q：串行

18、數(shù)據(jù)輸出。ORG：存儲結(jié)構(gòu)選擇，上拉或懸空時選擇為16-bit方式，下拉時選擇為8-bit方式。Vcc/Vss：電源/地。不同的EEPROM有不同的電源電壓要求，同時，不同的供電電壓支持的最高時鐘頻率也不同，電壓越高支持的時鐘頻率也越高。Microchip公司的SPI接口EEPROM最高時鐘頻率能達(dá)到3MHz，Atmel公司的最高能達(dá)到2MHz，ST公司的最高能達(dá)到1MHz。PE：Program Enable，寫保護(hù)輸入，只有Microchip公司的SPI接口EEPROM才有，上拉或懸空時可以正常寫，下拉時寫保護(hù)。Atmel、ST公司的SPI接口EEPROM中該管腳為NC腳。HUAWEI TE

19、CHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 19SPI接口接口EEPROM操作分析操作分析不同容量的SPI接口EEPROM操作指令中的地址碼長度不同，并且同樣的EEPROM在8-bit方式時，地址碼長度比16-bit方式時多一位。下表列出的是93LC76的操作指令集，以供參考。其中各指令的含義如下：READ：讀。EWEN：擦除、寫使能。ERASE：擦除。ERAL：全擦除。WRITE：寫。WRAL：全寫。EWDS：擦除、寫禁止。HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 20SPI接口接

20、口EEPROM操作分析操作分析 93LC76指令集ORG=1（16-bit） 93LC76指令集ORG=0（8-bit）HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 21 擦除、寫禁止擦除、寫禁止/使能操作指令序列使能操作指令序列擦除、寫使能指令序列如上圖左，擦除、寫禁止指令序列如上圖右。時鐘未畫，后續(xù)的圖中一樣。此時數(shù)據(jù)輸出管腳為高阻態(tài)，也未畫出。當(dāng)EEPROM上電后或者執(zhí)行了擦除、寫禁止指令后，處于擦除、寫禁止?fàn)顟B(tài)，此時禁止擦除、寫操作，但允許讀操作。此時若要想進(jìn)行擦除或?qū)懖僮?，必須先?zhí)行擦除、寫使能指令。 SPI接口接口EEP

21、ROM擦除、寫禁止擦除、寫禁止使能操作使能操作HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 22 讀操作序列讀操作序列讀操作序列見上圖。數(shù)據(jù)輸出（Q）管腳先輸出1個“0”bit，然后再由高位到低位順序輸出數(shù)據(jù)，如果是連續(xù)地讀，那么后續(xù)的輸出就沒有這個“0”Bit。16-bit或8-bit方式由ORG引腳電平選擇。只要片選（S）繼續(xù)為高，并且時鐘繼續(xù)提供，那么EEPROM地址指針會自動增加，就能連續(xù)地輸出數(shù)據(jù)，這樣就能讀出整片EEPROM的數(shù)據(jù)。Atmel公司SPI接口EEPROM不支持連續(xù)讀操作。SPI接口接口EEPROM讀操作讀操

22、作HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 23 寫操作序列寫操作序列寫操作序列見上圖。只寫一個指定的存儲單元。寫操作中已包含了自動擦除操作，所以不需要額外的擦除指令。16-bit或8-bit方式由ORG引腳電平選擇。SPI接口接口EEPROM寫操作寫操作HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 24SPI接口EEPROM觸發(fā)內(nèi)部Programming的條件：1、ST公司的：當(dāng)EEPROM在時鐘的上升沿完成最后一位（寫和全寫操作時為數(shù)據(jù)位，擦除和全擦除時為地址位）

23、的采樣，片選（S）必須在下一個時鐘上升沿之前拉低，以觸發(fā)EEPROM內(nèi)部的Programming。2、Atmel公司的：EEPROM完成最后一位（寫和全寫操作時為數(shù)據(jù)位，擦除和全擦除時為地址位）的采樣后就觸發(fā)內(nèi)部Programming。3、Microchip公司的：EEPROM在時鐘上升沿完成最后一位（寫和全寫操作時為數(shù)據(jù)位，擦除和全擦除時為地址位）的采樣的同時觸發(fā)內(nèi)部Programming。Master對SPI接口EEPROM是否完成內(nèi)部Programming的檢測：1、ST、Atmel公司的要求Master在片選（S）低電平保持了至少TSLSH（見前面SPI接口EEPROM傳輸協(xié)議介紹）時間，但是在EEPROM完成Programming之前將其拉高，并通過EEPROM的數(shù)據(jù)輸出（Q）管腳電平來檢測是否完成Programming，Q=“0”表示Busy，Q=“1”表示Ready。 具體的片選（S）低電平時間長度可以參見芯片手冊。2、Microchip公司的在檢測EEPROM是否完成內(nèi)部Programming時，不需要Master將片選（S）拉低。SPI接口接口EEPROM寫操作寫操作HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.HUAWEI Confidential Page 25 全寫操作序列全寫