DrvBsp_I2C驱动_EEPROM（一）

1．概述

2．EEPROM的分页管理

3．M24512

3.1 芯片简介

3.2 管脚定义

3.3 设备选择码

4．读写操作

4.1 字节写

4.2 页写

4.3 读操作

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1．概述

        I2C总线主要广泛应用于 EEPROM 和 RTC（实时时钟）芯片。本文主要介绍I2C总线在EEPROM中的应用

2．EEPROM的分页管理

        EEPROM（电可擦可编程只读存储器）是一种在断电后仍能保留数据的存储芯片。它具有读取速度快的特点，但写入速度相对较慢。这主要是因为对存储单元执行擦除（由1变为0）和编程（由0变为1）操作时，均需要较高的工作电压和一定的处理时间，因此其写入速度相比读取要慢几个数量级。

        此外，尽管分页管理机制有助于提升EEPROM的写入效率和寿命，但它也在一定程度上减缓了写入操作。所谓分页管理，是指EEPROM在物理结构上被划分为固定大小的“页”（例如AT24C系列EEPROM的页大小通常为8字节、16字节、32字节或64字节）。

        在页写入的模式下，I2C主机可以在一次通信事务中连续写入一页数据。具体流程为：主机首先发送起始信号、设备地址和目标内存地址，然后连续发送多个数据字节。EEPROM内部会将这些数据暂存于一个页大小的缓冲区中。直到MCU发出停止信号后，EEPROM才真正开始执行耗时的内部操作，包括：

• 自动擦除目标地址所在的整个物理页；
• 将缓冲区中的数据编程写入该物理页。

        需要注意的是，页写入操作不能跨越物理页边界。如果连续写入的字节数超出当前页的剩余空间，地址指针将会回绕至该页起始位置，从而导致已写入的数据被覆盖。

        尽管存在上述限制，分页管理仍具有显著优势。一方面，它能够减少通信开销：与每字节单独发送地址和数据的方式相比，页写入显著减少了I2C通信中起始、停止、应答等协议开销。另一方面，通过合并擦除操作，将多次单独的“擦除-写入”过程整合为一次，从而大幅提升了整体写入效率。

      下文以“M24512”为例解析EEPROM的读写操作。

3．M24512

3.1 芯片简介

        M24512 是意法半导体（STMicroelectronics）推出的一款 512 Kbit 串行EEPROM 芯片，采用 I²C 通信接口，因其可靠性高、功耗低且使用简便，在各类电子设备中应用广泛。

特性分类	参数说明
存储容量	512 Kbit，组织为 64K × 8 位 (即 64 KB)
接口协议	I²C 总线，兼容 标准模式(100kHz)、快速模式(400kHz)和快速模式(1MHz)
写入时间	字节写入或页写入均在 5ms 内完成
耐用性与保存期	超过 400 万次 擦写循环，数据保存期限 超过 200 年
页大小	128 字节

     

3.2 管脚定义

管脚定义	管脚说明
SDA、SCL	即该芯片的I2C总线管脚，记得这两管脚为开漏输出，必须要接上拉电阻
Chip Enable E2、E1、E0	用于设定7 位设备选择码的低三位（b3、b2、b1），即是芯片的使能管脚。该管脚如悬空则默认为低电平
Write Control WC	低电平为写使能；高电平则禁止写入操作。是为了避免芯片的存储内容丢失而设的。悬空则默认为低电平

3.3 设备选择码

      EEPROM 芯片是通过设备选择码进行判断，是否应对 I2C 总线上传输的数据做出响应。

	设备类型定义				设备地址			r/w
	b7	b6	b5	B4	b3	b2	b1	b0
定位存储空间时的设备选择码	1	0	1	0	E2	E1	E0	r/w

4．读写操作

4.1 字节写

      针对地址，M24512的片内空间为64K，地址位应是16位，故需要2个字节的片内地址；

如果片内空间小，如M24C02的片内空间为256字节，则地址位8位即可，则只需要1个字节的片内地址。

        还有如M24C04的片内空间为512字节，则除了8位地址位之外，借用了1位设备选择码的E0来扩充地址位。

        因此在M24C16以下的地址位为8位，通过借用设备地址码扩充片内空间的寻址空间；在M24C32以上的则采用16位的地址位。

        内部写入周期5ms，意指在主机发出停止位后，需等待5ms，待EEPOM将缓冲数据写入非易失存储单元后，才能进行下一个写入操作

4.2 页写

      页写模式允许在单次写入周期内，写入1页的数据，即M24512的页尺寸是128字节，则允许单次写入周期内，写入128字节的数据。但这些数据地址只有低7位可变。

      当发送的数据字节数超过当前页末尾，则会触发回卷（roll-over）机制，即超出页末尾的字节不会写入下一页，而是从当前页的起始位置开始写入，并覆盖该地址的原有数据。

        与字节写操作一致，意指在主机发出停止位后，需等待5ms，待EEPROM将缓冲数据写入非易失存储单元后，才能进行下一个写入操作

4.3 读操作

      EEPROM的读操作主要是指随机连续读取操作。该操作采用是一种“先伪写加载地址，后启动读操作”的经典时序，核心目的是通过“伪写”将目标存储地址加载到存储器内部的地址寄存器，最终实现对指定地址数据的读取。

      伪写操作并未真正的写入数据，而是利用“写操作的地址传输阶段”，将目标读地址加载到存储器内部的地址计数器中。其关键特征是：仅完成“地址发送”，不发送待写入数据，且不发送停止位，为后续的读操作保留总线控制权。