在单片机开发中，数据存储是一个绕不开的话题。EEPROM因其非易失性存储特性，常用于保存配置参数等数据。
然而，EEPROM的擦写次数通常有限，以STM32为例，STM32L0、STM32L4自带的EEPROM一般10万次左右，而很多单片机并不内置EEPROM，这时候，利用单片机的FLASH存储器来模拟EEPROM就成为了一个高性价比的解决方案，但，FLASH的擦写次数一般在1万次左右，这个我们可以通过ST的官方数据手册看到：
q1r5ef1m5il64031323946.png
1万次，在很多场景下并不够。
今天，老宇哥跟大家一起探讨，如何用单片机FLASH模拟EEPROM，并且通过算法优化实现高达100万次以上的存储次数！
我们都知道，独立的EEPROM芯片是可以直接写字节的，即使覆盖写也无须擦除，单片机的FLASH不同，STM32必须按页来擦除。
手头刚好有个STM32G071RBT6的开发板，就以这个芯片做测试，后续可以很方便的移植到其它芯片上。
a3psfk0t22l64031324046.jpg
要求是，程序一共有16个字节的内容需要断电保存，每改变其中一个字节就需要保存一次，做到100万次的一个存储次数。
我们的核心存储算法是轮询存储，STM32G071RBT6的FLASH一共128KB，从0x08000000到0x0801FFFF，一共64页，每页2KB。
我们的数据就存储到最后一页，也就是0x0801F800到0x0801FFFF。
Flash主要是擦写次数受限，所以我们的思想是，一共16个字节，第一次就写入前16个字节，然后更新写入地址索引到第17个字节，下一次就写入17到32个字节，继续更新写入地址索引到33，以此类推。
这里还需要做的一个就是重新上电的时候，需要找到最新的索引地址，也就是如果已经写入了两次，需要自动找到索引地址为第33个字节，这个也是核心。
故，一页写满可以存储2048/16=128次，写满一页擦除一次，也就是理论存储次数能达到128 × 1万次/页 = 128万次。
下面上代码，头文件flash.h
#ifndef FLASH__H
#define FLASH__H
#include "stm32g0xx_hal.h"
#include
// FLASH配置
#define FLASH_BASE_ADDR 0x0801F800 // FLASH最后一页起始地址 (128KB - 2KB)
#define PAGE_SIZE 2048 // STM32G071页面大小为2KB
#define STATE_SIZE 16 // 结构体大小（填充到24字节）
typedef struct {
unsigned int color; // 颜色
unsigned int seconds; // 秒数
unsigned char mode; // 模式
unsigned char number; // 序号
unsigned char padinng[5]; // 预留5
unsigned char checksum; // 1字节，校验和
}dataState;
extern dataState old_state;
extern dataState current_state;
void printState(dataState *state);
HAL_StatusTypeDef flash_program(unsigned int addr, unsigned char* data, unsigned int len);
void read_flash(unsigned int addr, unsigned char* data, unsigned int len);
void init_flash_addr(void);
void save_state(dataState* state);
void get_state(dataState* state);
void update_state(dataState* state);
#endif
头文件中定义了一个结构体，简单几个宏定义与函数声明，这里的结构体我们增加了一个字节的校验。
接下来看flash.c
// 初始化：查找最新有效数据
void init_flash_addr(void) {
dataState temp_state;
uint32_t addr = FLASH_BASE_ADDR;
uint32_t last_valid_addr = FLASH_BASE_ADDR;
int found_valid_data = 0;
while (addr
read_flash(addr, (uint8_t*)&temp_state, STATE_SIZE);
// 检查是否全0xFF
uint8_t all_ff[STATE_SIZE];
memset(all_ff, 0xFF, STATE_SIZE);
int is_all_ff = (memcmp(&temp_state, all_ff, STATE_SIZE) == 0);
if (!is_all_ff && temp_state.checksum == calculate_checksum(&temp_state)) {
last_valid_addr = addr;
found_valid_data = 1;
memcpy(¤t_state, &temp_state, STATE_SIZE);
} else {
break;
}
addr += STATE_SIZE;
}
flash_addr = last_valid_addr + (found_valid_data ? STATE_SIZE : 0);
if(found_valid_data)
printf("init first,found valid data,last_valid_addr:%X\r
",last_valid_addr);
else
printf("init first,it is all ff,it is the first data\r
");
if (flash_addr > FLASH_BASE_ADDR + PAGE_SIZE) {
printf("init erase page 2KB\r
");
erase_page(FLASH_BASE_ADDR);
flash_addr = FLASH_BASE_ADDR;
}
if (!found_valid_data) {
printf("not found valid data\r
");
current_state.color = 100;
current_state.seconds = 200;
current_state.mode = 1;
current_state.number = 1;
current_state.checksum = calculate_checksum(¤t_state);
__disable_irq();
flash_program(FLASH_BASE_ADDR, (uint8_t*)¤t_state, STATE_SIZE);
__enable_irq();
flash_addr = FLASH_BASE_ADDR + STATE_SIZE;
}
printState(¤t_state);
}
第一步，先从第一个地址读取第一个16字节，然后判断是不是全部等于0xFF，如果第一次是就证明是第一次，下一步flash_addr就不需要增加STATE_SIZE，写入地址索引就是FLASH_BASE_ADDR。
第二步，如果不全是0xFF并且校验字节通过，证明这是一组有效数据，我们先将此数据更新到current_state，但是这里还不能证明是最后一组有效数据，因为最后一组有效数据才是我们要找到的数据。
就继续检查下一组数据，直到检查到一组数据是全0xFF，证明上一组数据就是最后一组有效数据，就跳出，此时我们也就找到了最后一组有效数据的起始地址。
接着就此地址增加STATE_SIZE就是最新可以存储数据的地址索引了。
如果flash_addr超出了空间，需要复位擦除一下，正常应该不会到这一步。
第三步，如果没找到有效数据，证明是第一次，就写入默认数值并保存，更新索引。
以上，上电的时候最新的写地址索引就找好了。
接下来是保存数据save_state函数：
// 保存状态到FLASH
void save_state(dataState* state) {
dataState last_state;
if (flash_addr > FLASH_BASE_ADDR) {
read_flash(flash_addr - STATE_SIZE, (uint8_t*)&last_state, STATE_SIZE);
if (memcmp(&last_state, state, STATE_SIZE) == 0) {
printf("数据没有变化，直接返回");
return;
}
}
__disable_irq();
if (flash_addr + STATE_SIZE > FLASH_BASE_ADDR + PAGE_SIZE) {
printf("erase page 2KB\r
");
erase_page(FLASH_BASE_ADDR);
flash_addr = FLASH_BASE_ADDR;
}
state->checksum = calculate_checksum(state);
flash_program(flash_addr, (uint8_t*)state, STATE_SIZE);
flash_addr += STATE_SIZE;
__enable_irq();
}
函数就比较简单了，首先将要保存的数据与最新存储的数据做对比，如果没变化，就不操作；如果地址超出范围了，就先擦除整个页，更新写索引到FLASH_BASE_ADDR，接着保存数据到当下最新写地址索引即可。
重要的就是这两个函数了，其它函数都很普通没必要解释。
实际测试数据：
刚下在进去代码，最后一页全部为0XFF，然后按下5次按键，number数据每次加1存储。
5eal52n5gl064031324146.png
下面这张是按了128次，存储了128次的结果，整个页都写满了。
3uaopg3byel64031324246.png
最后一张是写满之后再按一次，Flash进行了擦除，并保存在第一组位置中。
oja52x5yrgg64031324346.png
整个代码逻辑有它的应用场景，也可能有一些bug，非常欢迎大家指正，代码整体老宇哥会上传到GitHub，欢迎大家留言Star！
工程源代码地址：
https://github.com/chiphome/flashMultipleErase现在很多独立的EEPROM芯片都性价比很高了，直接IIC协议进行读写，可以按字节直接修改，轻松达到100W次的擦写次数，具体大家根据项目的应用场景，不同的要求高度进行选择。
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