单片机EEPROM/FLASH如何长寿保存总运行时间? -

标题: 单片机EEPROM/FLASH如何长寿保存总运行时间? [打印本页]

作者: hxdby 时间: 2022-6-6 16:46
标题: 单片机EEPROM/FLASH如何长寿保存总运行时间?
目前有一个呼吸机方案，该方案有两种运行模式，一种是开机就运行，除非关闭电源停止。另一种是定时运行，就是设定运行时间，比如设定2个小时，2小时到后机器停止。

现在想检测总运行时间，就是统计开机运行和定时运行的总时间，并记录下来。这个总时间是不可设置和修改的。就跟汽车的总里程表一样的，运行一次就不断往上累加。

实现原理不复杂，但我想用纯软件实现，不加掉电检测电路，我有个疑问是，如果机器开起来，时间不断增加，要不断往EEPROM里写数据，比如我这个呼吸机要用三年，折合几万小时，写这么多次，EEPROM撑的住吗？

有没有什么好的思路和算法，可以既能完美保存数据又可以延长EEPROM/FLASH寿命的？我在想汽车里面的总里程表，车子开十几年，总里程达到几十万公里，也没见出现问题，我想他里面一定不是单纯的写数据而已，肯定有什么比较好的算法。

作者: 188610329 时间: 2022-6-7 00:37
要看你用什么Eeprom 了，每家的标准不一样，通常Eeprom 再小也有128字节吧？就算 4 个字节用来记录，均衡使用的话，也有 32个区域可以轮流使用，假定， 1分钟记录 1次，一个小时， 60次，也就是所有区域擦写两次，一天 48次，一年 17520 次，假定，你的Eeprom 按最差的工艺， 2万次擦写，也够用 1年，那么，适当，增加 Eeprom 大小，或者，扩大写入间隔，就能延长使用周期了。

作者: Hephaestus 时间: 2022-6-7 01:22
硬件解决方案：用铁电，几亿次写寿命够你用的了。

软件解决方案：写到满就换一个区域继续写呗，把写满的区间加起来就是总区间。

作者: dalaoshi 时间: 2022-6-7 06:12
以stc12为例，4个扇区，每个扇区512字节，一万次擦写，每分钟记录一次，如果使用得当，两个扇区可用155年，四个可用310年。应该够了吧。

作者: wulin 时间: 2022-6-7 07:21
以STC15系列单片机为例，其内置EEPROM容量4~43K，IAP型更是可以自行分配EEPROM容量。影响EEPROM寿命的关键因素主要是擦写次数。用户手册标明10万次以上。EEPROM是以扇区512字节为单位读写，其字节初始状态全部是0xff，要重写数据必须先以扇区擦除。也就是只能写0，不能写1，只有擦除才能置1（由其材料物理特性决定）。那么不擦除扇区是不是就不能写？答案是否定的。以处理5个字节数据为例，1个字节用于保存所占用的地址信息，4个字节用于保存有效数据。按地址顺序记录，写满一个扇区写下一个扇区或擦除重写，大幅降低擦除频次。再配合掉电保存方式，使其使用寿命无限延长。

作者: sldx 时间: 2022-6-7 09:41
年月日时分秒十二个字节不就够了么？

作者: zse05 时间: 2022-6-7 15:16
其实可以用自带电池的rtc模块记录，里面sram可以写无数次

作者: Boss_y 时间: 2022-6-8 11:42
以STC15系列单片机为例，其内置EEPROM容量4~43K，IAP型更是可以自行分配EEPROM容量。影响EEPROM寿命的关键因素主要是擦写次数。用户手册标明10万次以上。EEPROM是以扇区512字节为单位读写，其字节初始状态全部是0xff，要重写数据必须先以扇区擦除。也就是只能写0，不能写1，只有擦除才能置1（由其材料物理特性决定）。那么不擦除扇区是不是就不能写？答案是否定的。硬件解决方案：用铁电，几亿次写寿命够你用的了。软件解决方案：写到满就换一个区域继续写呗，把写满的区间加起来就是总区间

作者: Boss_y 时间: 2022-6-8 11:42
硬件解决方案：用铁电，几亿次写寿命够你用的了。

软件解决方案：写到满就换一个区域继续写呗，把写满的区间加起来就是总区间

作者: 君工创 时间: 2022-6-8 12:04
我的一个东西记录时间，一分钟保存一次，秒忽略。

作者: lkc8210 时间: 2022-6-8 15:38
如用的是STC89C52，有5k EEProm (5120Byte)
每分钟在新地址写两个Byte(int)
写的值为EEProm的写满次数
那么写到0x7FFF就有5120/2*32767=83883520分钟=159年

作者: lkc8210 时间: 2022-6-8 16:19
又想到一个新点子
利用STC伪EEProm的特性(可写0不可写1)
只用一个扇区(512Byte)就可以计录508年
首先头两Byte用来记录擦除次数
然后每分钟对每一Byte清零一个位元
即
B11111110
B11111100
B11111000
当这地址为0时清零下一地址
当这一扇区全零时就已经过了(512-2)*8=4080分钟
当擦除次数达到0xFFF7(65535)时
机器就运行了65535*4080=267382800分钟=508年

作者: 188610329 时间: 2022-6-8 16:36

lkc8210 发表于 2022-6-8 16:19
又想到一个新点子
利用STC伪EEProm的特性(可写0不可写1)
只用一个扇区(512Byte)就可以计录508年

你这个想法很好，但是行不通。
5年前开始，只要stc出新型号就实验（stc32和stc16没有试过，有条件的话，你试试)，结论是stc的单片机不是只能1写0，是只能ff写其他值，你可以按你的想法试试，一次次改写，然后最高位和最低位，都会不受控的随机的变1，甚至，我降低要求，先写个随便什么值，再写0x00，都不是每次能成功，即第二次写入，只能确保破坏原值，不能保证写成目标值，即便你要改成0x00。所以，写入后擦除再写，是唯一办法。

作者: lkc8210 时间: 2022-6-8 16:59
本帖最后由 lkc8210 于 2022-6-8 17:04 编辑

188610329 发表于 2022-6-8 16:36
你这个想法很好，但是行不通。
5年前开始，只要stc出新型号就实验（stc32和stc16没有试过，有条件的话， ...

太遗憾了那就改为每分钟对一个Byte写0x00
当这一扇区全零时就已经过了(512-2)=510分钟
当擦除次数达到0xFFF7(65535)时
机器就运行了65535*510=267382800分钟=63年
还可以接受吧？

作者: Zhanghuan 时间: 2022-6-8 17:16
ID:10331609# 2022-6-8 11:42 硬件解决方案：用铁电，几亿次写寿命够你用的了。软件解决方案：写到满就换一个区域继续写呗，把写满的区间加起来就是总区间

作者: 17337161031 时间: 2022-6-8 18:50
理论方面是满足的，具体的还要参考你用的芯片的次数

作者: Hephaestus 时间: 2022-6-8 22:27

dalaoshi 发表于 2022-6-7 06:12
以stc12为例，4个扇区，每个扇区512字节，一万次擦写，每分钟记录一次，如果使用得当，两个扇区可用155年， ...

每分钟一次，一万次擦写是7天！！！哪来的155年？？？

既然分扇区，那么即使是字节可以单独写，那也要整个扇区擦除。不擦你怎么把80h改成7fh呢？？？

作者: lkc8210 时间: 2022-6-8 22:50

Hephaestus 发表于 2022-6-8 22:27
每分钟一次，一万次擦写是7天！！！哪来的155年？？？

既然分扇区，那么即使是字节可以单独写，那也要 ...

155x365x24x60=81,468,000分钟
81,468,000/1024/10000=7.95
即每个字节写8次
大概和我12楼的想法类似
但被13楼证明了是不可能的

作者: 啤酒瓶子老大 时间: 2022-6-8 23:00
为什么不用掉电检测呢？就算加电路也不复杂吧。那不是比这简单多了?

作者: Hephaestus 时间: 2022-6-8 23:02

lkc8210 发表于 2022-6-8 22:50
155x365x24x60=81,468,000分钟
81,468,000/1024/10000=7.95
即每个字节写8次

了解了，写8次就是12楼的做法，但是13楼确定这种办法不能用。

作者: dalaoshi 时间: 2022-6-8 23:09

188610329 发表于 2022-6-8 16:36
你这个想法很好，但是行不通。
5年前开始，只要stc出新型号就实验（stc32和stc16没有试过，有条件的话， ...

还好有你的实验结果，要不然做的时候还不知道会浪费多少时间，但你这一结果表示FLASH偶尔能把原来的0写成1，那不就违反的FLASH的物理特性了？所以还得再小心求证了。

lkc8210君的想法很好，我原本想用到两个扇区，现在一个就行了。

作者: 188610329 时间: 2022-6-8 23:46

dalaoshi 发表于 2022-6-8 23:09
还好有你的实验结果，要不然做的时候还不知道会浪费多少时间，但你这一结果表示FLASH偶尔能把原来的0写成 ...

也不算把 0 写成 1, 感觉就是里面电荷乱了,

试验的最初目的，是事先在Eeprom 里面存入 512个值，用掉一个清掉一个。
本来是认为，只要我写0x00，不管原来什么数据，都能清掉吧？后来发现，永远清不完，才专门写了测试程序去做这样一个试验。然后发现，只要非0xff的地方，写入 0x00 90%以上都不会变 0x00 也不会保留原值，而是变成一个随机值，有的地方1会变 0 有的地方会 0变1，而一旦出现这种状况的地址，在重新擦除之前，不管你怎么改写，都无法变成 0x00 或者 0xff, 基本上，尝试多次写入任意值之后，用二进制来看，会稳定的在类似： 01000000 和 00010010 这样的值之间变化。就是大部分是0 有1~2个会是1，位置还会游走。
具体原因不清楚。也许是 Flash 的正常特性，也许是 STC 的 IAP 的漏洞缺陷？总之，差不多测试了百来片（80片以上绝对有）的STC单片机，几乎覆盖STC全系列（除了 STC16, STC32 没有测试过，）这个问题一直存在。关于手册上的，只能把 1 写成 0，这个说法，和事实严重不符的问题，也反映过，总被他们按照“写入前必须擦除扇区” 来敷衍，从不给正面回答。
正好12#提到这个想法，我就顺便说一下亲身经历，避免有人和我一样中招。

作者: Hephaestus 时间: 2022-6-9 00:04

188610329 发表于 2022-6-8 23:46
也不算把 0 写成 1, 感觉就是里面电荷乱了,

试验的最初目的，是事先在Eeprom 里面存入 512个值 ...

那就是SLC、MLC、TLC……的区别了。没想到死大、惨集成度这么低的芯片也会用到MLC。。。。。

SLC是一个存储单元只记录0、1两个值，1可以写成0，0不能写成1。符合你的预测。

TLC是一个存储单元分8个电压等级，000、001、010、011、100、101、110、111，读这个存储单元是测量电压，然后给出3bit数据。这种结构当然是你的测试结果了。

作者: dalaoshi 时间: 2022-6-9 02:15

188610329 发表于 2022-6-8 23:46
也不算把 0 写成 1, 感觉就是里面电荷乱了,

试验的最初目的，是事先在Eeprom 里面存入 512个值 ...

我到这个站找到相关话题的研讨。
去搜索下这篇文章
EEV b log的FLASH memory write without pre-erase

我的英文水平有限，勉强看得懂，原来很多FLASH是不允许在本来已经是0的单元再写0的，这是关键的说明：

CAUTION
A flash memory location must be in the erased state before being programmed. Cumulative programming of bits (back-to-back program operations without an intervening erase) within a flash memory location is not allowed. Re-programming of existing 0s to 0 is not allowed as this overstresses the device.

但有些新品牌的FLASH可以这么做，所以还能再等待。

既然说明书说对已经是0的单元重新写0会造成过度劳累，你有空还可做一个实验，把要重写的那个字节（8位）读出后，把0先变成1，再补上要写的0，再写入，这样就可避免在原来的0再写0，就不会“过度劳累”，看看有什么结果哈。

作者: laugh_over_life 时间: 2022-6-9 13:51
不需要不停的写进去，每隔10分钟写一次甚至半小时写一次就好了，因为有些机器不是按照分钟收费啊。这样可以让寿命提高N倍

作者: 188610329 时间: 2022-6-9 18:03

Hephaestus 发表于 2022-6-9 00:04
那就是SLC、MLC、TLC……的区别了。没想到死大、惨集成度这么低的芯片也会用到MLC。。。。。

SLC是一 ...

原来如此，涨知识了，看来 STC用的就是 MLC 或者 TLC 的Flash 了。这样，Eeprom的问题，就解释的通了。
就是这么简单的一个问题，他们技术部门为啥要藏着掖着的？用MLC，TLC的U盘也不是没有，讲出来很丢人么？

作者: 188610329 时间: 2022-6-9 18:10

lkc8210 发表于 2022-6-8 16:59
太遗憾了那就改为每分钟对一个Byte写0x00
当这一扇区全零时就已经过了(512-2)=510分钟
当擦除次数达到0 ...

仔细想一想，其实按照你的计数方式，Eeprom 的主意也不是不能打，经过我上万次的测试，发现，虽然再次写入，不能改写成目标值，但是破坏原值，还是可以确保的。站在Eeprom 利用最大化，榨干剩余价值的立场来讲，我觉得不然，这样：
与其，每个单元写 0x00，不如我们写 0x5A;
按你的思路，我们一个扇区，全写成 0x5A; 就是 510分钟。
再全写 0xA5, 不管变成啥反正，都非0x5A 了，就 1020 分钟了。
然后，反复擦除，写到报废，就 126 年了。
就算，1秒写一次，拼上一个扇区的寿命，能写2年，4个扇区，能8年，基本产品也报废了。这主意不错吧？

欢迎光临 (http://www.51hei.com/bbs/)