Последние записи

made in programmersforum 4

Интенсив по Python: Работа с API и фреймворками 24-26 ИЮНЯ 2022. Знаете Python, но хотите расширить свои навыки?
Slurm подготовили для вас особенный продукт! Оставить заявку по ссылке - https://slurm.club/3MeqNEk

Online-курс Java с оплатой после трудоустройства. Каждый выпускник получает предложение о работе
И зарплату на 30% выше ожидаемой, подробнее на сайте академии, ссылка - ttps://clck.ru/fCrQw

26th
Авг

Библиотека файловой системы AT45DB161

Posted by Chas under Журнал, Статьи

аватар

При разработке микроконтроллерных устройств с внешней памятью типа AT45DBxx приходится сталкиваться с ситуацией, когда блоки данных (файлы) записываются редко, обычно при обновлении ПО устройства, а иногда вообще только один раз — при изготовлении устройства. В таких случаях нет необходимости в использовании файловой системы дискового типа, таких как FAT…

Вячеслав Мовила
http://movilavn.narod.ru

фото

Мовила Вячеслав Викторович

родился 28 июля 1957 г.р., инженер. Интересы: фантастика, читаю много и с увлечением, имею неплохую библиотеку — собирал много лет. Шахматы, к сожалению сейчас не хватает времени. Но самое страстное увлечение и работа — это программирование, основной язык C++, а также, естественно Assembler, Pascal. WEB-программирование, создание динамических, интерактивных сайтов с использованием JavaScript, Java, PHP, MySQL. Базы данных, работа с CASE-средствами разработки информационным систем. Cхемотехника микропроцессорных и микроконтроллерных систем, программирование микроконтроллеров и DSP.

Проще и эффективнее использовать файловую систему последовательного доступа, наподобие ленточной. При этом файлы вместо названия имеют только индексы – последовательный номер файла на устройстве. Данные файла при записи записываются в конец свободного адресного пространства устройства, в этом случае при закрытии файла ему назначается уникальный номер (индекс). Доступ к файлу при чтении происходит по его индексу. На устройстве может находится не более 62 записанных файлов. Рассматриваемая библиотека организует такую файловую систему для микросхемы AT45DB161, порт CodeVision. Листинги библиотеки подробно прокомментированы [1…3]. Так, что при желании не потребуется больших усилий для портирования на другой компилятор и для внесения изменений с целью применения для другого типа микросхем серии AT45DBxx.

Краткое описание AT45DB161

AT45DB161 (см. рис.1) — является Flash памятью с последовательным интерфейсом, и идеально подходит для широкого спектра цифровых голосовых приложений, приложений визуализации, и приложений хранения программного кода и данных. 17 301 504 бит памяти данной ИС организованы в 4096 страниц по 528 байт каждая. Кроме памяти общего назначения ИС, также, имеет два SRAM буфера данных по 528 байт. Буферы обеспечивают возможность приема данных в режиме перепрограммирования страницы основной памяти, или считывание, или запись непрерывных потоков данных. Режим эмуляции EEPROM (с побитным или побайтным изменением) прост в применении, благодаря встроенной, трехступенчатой системе команд Read — Modify — Write. В отличие от стандартных типов Flash памяти, обращение к которым, происходит произвольным образом в режиме многочисленных адресных строк и при помощи параллельного интерфейса, память типа DataFlash использует последовательный интерфейс для обращения к своим данным в режиме последовательного доступа. ИС поддерживает SPI — режимы типа 0 и 3. Простой последовательный интерфейс облегчает разводку платы, увеличивает отказоустойчивость системы, минимизирует коммутационные шумы, а также, уменьшает размер корпуса и число необходимых активных выводов. ИС оптимизирована для использования в широком круге коммерческих и индустриальных приложений, для которых существенную роль играют высокая плотность размещения, малое число выводов, низкое напряжение питания, и низкое энергопотребление. ИС функционирует с тактовыми частотами, вплоть до 20 МГц при типовом потребляемом токе в режиме активного чтения 4 мА.

Рис. 1. Распиновка ИМС

Предпосылки выбора

Для обеспечения удобства внутрисистемного перепрограммирования, ИС AT45DB161 не требует высоких входных напряжений в режиме программирования. ИС питается от однополярного источника с напряжением от 2.5 В до 3.6 В, или от 2.7 В до 3.6 В, как в режиме программирования, так и в режиме чтения. Выборка ИС AT45DB161 производится по входу CS (активный низкий), а доступ к ИС обеспечивается посредством 3-х проводного последовательного интерфейса, состоящего из сигнала последовательного входа SI, последовательного выхода SO и последовательного тактового сигнала SCK (см. таблицу):

рисунок 2

Таблица. Расшифровка сигналов ИМС

Все циклы программирования имеют встроенный контроль временных характеристик, а для проведения программирования предварительный цикл стирания не требуется. При поставке ИС от Atmel, старшая значащая страница массива памяти может не быть чистой. Другими словами, содержимое последней страницы может быть заполнено содержимым, отличным от FFH.

Отличительные особенности

Однополярное напряжение питания от 2.5 В до 3.6 В, или от 2.7 В до 3.6 В
Совместимость с последовательным периферийным интерфейсом типа SPI
Максимальная тактовая частота 20 МГц
Постраничный режим программирования:
Одиночный цикл перепрограммирования (стирание плюс программирование)
4096 страниц основной памяти (528 байт на страницу)
Поддержка страничного и блочного режимов стирания
Два 528-ми байтных буфера данных SRAM, обеспечивающих прием данных в режиме перепрограммирования энергонезависимой памяти
Поддержка режима непрерывного считывания полного массива данных
Идеально для приложений теневого дублирования кода
Низкое энергопотребление:
4 мА — типичный ток в режиме активного чтения
2 мкА — типичный потребляемый ток в режиме ожидания
Аппаратная функция защиты данных
Входы сигналов SI, SCK, CS (активный низкий), RESET (активный низкий) и WP (активный низкий) устойчивы к логическим уровням 5 В
Коммерческий и индустриальный диапазоны температур

Схема подключения

рисунок 3

Рис. 2. Схема электрическая принципиальная тестового модуля считывания данных

Несмотря на то, что напряжение питания микросхемы AT45DB161 указано от 2.7 до 3.6 В, микросхема нормально работает при напряжении 5 В. В реальном проекте – используется питание 3 В. Поэтому подключил AT45DB161 на свою макетницу с микроконтроллером ATMega162 с 5-ти вольтовым питанием. Все тесты прошли исключительно хорошо: от самых простых до более сложных – воспроизведение звука с использованием ШИМ- модуляции. Микросхема AT45DB161 использовалась в корпусе SOIC, в котором отсутствует отдельный вывод BYSE, что видно на схеме принципиальной (см. рисунок 2) и было учтено при написании библиотеки.

Структура файловой системы

Первая страница (528 байт) отводится для хранения системной информации о файловой структуре устройства.

Первые 11 байт — это строка *AT45DB161#. Строка является идентификационной записью, которая показывает, что устройство отформатировано и готово к работе. В 12-ом байте содержится число, показывающее количество файлов на устройстве.

Далее идут 8-ми байтовые структуры, выполняющие функцию описателей файлов:

в первых 2-х байтах адрес 1-ой страницы файла
следующие 2 байта содержат количество страниц в файле
последние 4 байта структуры — размер файла в байтах

Функции библиотеки

1. Инициализация файловой системы AT45DB161. unsigned char InitialFlash();
Возвращает значения:
0 — инициализировано.
1 — устройство отсутствует в системе.
2 — устройство не форматировано.

* Комментарий автора.
Внимание! При 6 В быстро выгорает, по крайней мере так было у меня.

2. Форматирование файловой системы AT45DB161 void FormatFlash();

3. Закрыть файл void CloseFile();
4. Открыть файл unsigned char OpenFile(char mode, unsigned char nfile);

Параметр mode:
r — Открыть файл в режиме чтения.
w — Открыть файл в режиме записи.

Параметр nfile:
В режиме чтения указывает индекс (номер) файла. В режиме записи не имеет значения, следует указать 0.

Возвращает значения:
0 — ошибка при открытии файла.
N(1…62) — индекс успешно открытого файла..

После успешного открытия файла будут доступны глобальные переменные статуса файла:

код:

// Переменные описывающие состояние рабочего файла
/*
0 — Файл закрыт
1 — Файл открыт в режиме записи
2 — Файл открыт в режиме чтения
*/
unsigned char at45_file_mode = 0;
// Счетчик страниц при записи
unsigned int at45_cpwrite = 0;
// Номер текущей страницы
unsigned int at45_npage = 0;
// Индекс открытого файла
unsigned char at45_currfile = 0;
// Размер открытого файла/счетчик байт откр. файла при записи
unsigned long at45_cbfile = 0;
// Счетчик байт открытого файла при чтении
unsigned long at45_countb = 0;
// К-во страниц в файле
unsigned int at45_kpage = 0;
// Счетчик байт записанных/считанных в/из буфер
unsigned int at45_buffer_counter = 0;

5. Считать из файла count байт в буфер dest unsigned int ReadFile(char * dest, unsigned int count);

dest — Указатель на буфер чтения.
count — Количество байт для считывания.

Возвращает значения:
N — количество считанных байт.

6. Записать в файл count байт из буфера source. unsigned int WriteFile(char * source, unsigned int count);
source — Указатель на буфер записи.
count — Количество байт для записи.

7. Читать файл побайтно unsigned char ReadByte(unsigned char * flag);

flag — Указатель на переменную типа unsigned char. При чтении первого байта должен из вызывающей функции установлен в 0. При успешном чтении байта внутри функции ReadByte устанавливается в 1. При ошибке чтения или достижении конца файла внутри функции ReadByte устанавливается в 2.

Несмотря на то, что функция выглядит несколько неуклюже, она очень удобна при побайтном считывании по прерыванию.

Применение библиотеки

Для того, чтобы использовать библиотеку в проект ПО следует включить файлы: <at45db161.c> и <at45db161.h>. В файле <at45db161.h> следует скорректировать 2 настройки:

Первая:
код:

// DataFlash chip select
// Здесь следует определить пин порта мк. для CS AT45DB161!!!
#define DF_CHIP_SELECT PORTC.0

В строке 7 указать бит порта вывода который Вы будете использовать в качестве сигнала CS микросхемы AT45DB161:

Вторая:

Переопределить настройки интерфейса SPI в строке 38:

код:

// Здесь следует определить настройки SPI!!!
// Включить SPI.
// SPI initialization
// SPI Type: Master
// SPI Clock Rate: 4000.000 kHz
// SPI Clock Phase: Cycle Start
// SPI Clock Polarity: High
// SPI Data Order: MSB First
#define SPI_ON SPCR=0x5c

Простой пример применения библиотеки:

код:

unsigned char temp;

temp = InitialFlash();

if(temp) {
     if(temp == 1) {
         // И зацикливаемся — ус-во не обнаружено в системе
         while(1);
     }
     // ИНАЧЕ УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНО НО НЕ ФОРМАТИРОВАННО!
     // ФОРМАТИРУЕМ FLASH
     FormatFlash();
}

// Записали первый файл:
OpenFile(‘w’, 0);
memset(Buff, 0, 128);
for(ic = 0;ic<256;ic++) Buff[ic] = ic; WriteFile(Buff, 256); WriteFile(Buff, 256); WriteFile(Buff, 256); WriteFile(Buff, 256); WriteFile(Buff, 256); CloseFile(); // Записали второй файл: OpenFile('w', 0); memset(Buff, 2, 128); //for(ic = 0;ic<256;ic++) Buff[ic] = ic; WriteFile(Buff, 128); WriteFile(Buff, 55); CloseFile(); // Записали третий файл: OpenFile('w', 0); memset(Buff, 3, 128); //for(ic = 0;ic<256;ic++) Buff[ic] = ic; WriteFile(Buff, 128); WriteFile(Buff, 23); CloseFile(); // Считали третий файл: If (OpenFile(‘r’, 3)) {
     do {
         memset(Buff, 0, 528);
         ic = ReadFile(Buff, 64);
     } while(ic);
     CloseFile();
}
//Считали второй файл:
if(OpenFile(‘r’, 2)) {
     do {
         memset(Buff, 0, 528);
         ic = ReadFile(Buff, 64);
     } while(ic);
     CloseFile();
}

// Считали первый файл:
if(OpenFile(‘r’, 1)) {
     memset(Buff, 0, 528);
     do {
         ic = ReadFile(Buff, 64);
     } while(ic);
     CloseFile();
}

Заключение

Как видите, использование библиотеки последовательного доступа значительно упрощает разработку целого ряда устройств с голосовым сопровождением на основе Flash- памяти.

** Важное замечание.
При считывании последнего блока данных из файла в буфер заносится действительное оставшееся количество байтов, а их количество указывается в возвращаемом функцией значении.

*** Комментарий автора.
Программа, которая умеет открывать файлы мультимедиа типа WAV, идентифицировать их, на соответствии требованиям закачки (частота дискретизации, количество каналов и т.д.) и пересылать их в микроконтроллерную систему.

Рассматриваемые в данной статье исходники библиотеки файловой системы последовательного доступа полностью приведены в виде ресурсов в теме «Журнал клуба программистов. Пятый выпуск» или непосредственно в архиве с журналом.

Ресурсы

Ссылка на скачивание библиотеки LIB_AT45
http://movilavn.narod.ru/LIB_AT45.rar
Проект для микроконтроллера ATMega162 — загрузка файлов в AT45DB161
http://movilavn.narod.ru/AT45LOAD.rar
Проект для ПК (Builder C++ 6). LoadAT45DB***
http://movilavn.narod.ru/LoadAT45DB.rar
Модули и проекты, использованные в статье
http://programmersclub.ru/pro/pro5.pdf

Статья из пятого выпуска журнала «ПРОграммист».
Скачать этот номер можно по ссылке.
Ознакомиться со всеми номерами журнала.

Обсудить на форуме – Библиотека файловой системы AT45DB161