單片機EEPROM/FLASH如何長壽保存總運行時間?

ID:997026 · 發表于 2022-6-6 16:46

目前有一個呼吸機方案，該方案有兩種運行模式，一種是開機就運行，除非關閉電源停止。另一種是定時運行，就是設定運行時間，比如設定2個小時，2小時到后機器停止。

現在想檢測總運行時間，就是統計開機運行和定時運行的總時間，并記錄下來。這個總時間是不可設置和修改的。就跟汽車的總里程表一樣的，運行一次就不斷往上累加。

實現原理不復雜，但我想用純軟件實現，不加掉電檢測電路，我有個疑問是，如果機器開起來，時間不斷增加，要不斷往EEPROM里寫數據，比如我這個呼吸機要用三年，折合幾萬小時，寫這么多次，EEPROM撐的住嗎？

有沒有什么好的思路和算法，可以既能完美保存數據又可以延長EEPROM/FLASH壽命的？我在想汽車里面的總里程表，車子開十幾年，總里程達到幾十萬公里，也沒見出現問題，我想他里面一定不是單純的寫數據而已，肯定有什么比較好的算法。

ID:624769 · 發表于 2022-6-7 00:37

要看你用什么Eeprom 了，每家的標準不一樣，通常Eeprom 再小也有128字節吧？就算 4 個字節用來記錄，均衡使用的話，也有 32個區域可以輪流使用，假定， 1分鐘記錄 1次，一個小時， 60次，也就是所有區域擦寫兩次，一天 48次，一年 17520 次，假定，你的Eeprom 按最差的工藝， 2萬次擦寫，也夠用 1年，那么，適當，增加 Eeprom 大小，或者，擴大寫入間隔，就能延長使用周期了。

ID:883242 · 發表于 2022-6-7 01:22

硬件解決方案：用鐵電，幾億次寫壽命夠你用的了。

軟件解決方案：寫到滿就換一個區域繼續寫唄，把寫滿的區間加起來就是總區間。

ID:283954 · 發表于 2022-6-7 06:12

以stc12為例，4個扇區，每個扇區512字節，一萬次擦寫，每分鐘記錄一次，如果使用得當，兩個扇區可用155年，四個可用310年。應該夠了吧。

ID:213173 · 發表于 2022-6-7 07:21

以STC15系列單片機為例，其內置EEPROM容量4~43K，IAP型更是可以自行分配EEPROM容量。影響EEPROM壽命的關鍵因素主要是擦寫次數。用戶手冊標明10萬次以上。EEPROM是以扇區512字節為單位讀寫，其字節初始狀態全部是0xff，要重寫數據必須先以扇區擦除。也就是只能寫0，不能寫1，只有擦除才能置1（由其材料物理特性決定）。那么不擦除扇區是不是就不能寫？答案是否定的。以處理5個字節數據為例，1個字節用于保存所占用的地址信息，4個字節用于保存有效數據。按地址順序記錄，寫滿一個扇區寫下一個扇區或擦除重寫，大幅降低擦除頻次。再配合掉電保存方式，使其使用壽命無限延長。

ID:219796 · 發表于 2022-6-7 09:41

年月日時分秒十二個字節不就夠了么？

ID:110604 · 發表于 2022-6-7 15:16

其實可以用自帶電池的rtc模塊記錄，里面sram可以寫無數次

ID:1033160 · 發表于 2022-6-8 11:42

以STC15系列單片機為例，其內置EEPROM容量4~43K，IAP型更是可以自行分配EEPROM容量。影響EEPROM壽命的關鍵因素主要是擦寫次數。用戶手冊標明10萬次以上。EEPROM是以扇區512字節為單位讀寫，其字節初始狀態全部是0xff，要重寫數據必須先以扇區擦除。也就是只能寫0，不能寫1，只有擦除才能置1（由其材料物理特性決定）。那么不擦除扇區是不是就不能寫？答案是否定的。硬件解決方案：用鐵電，幾億次寫壽命夠你用的了。軟件解決方案：寫到滿就換一個區域繼續寫唄，把寫滿的區間加起來就是總區間

ID:1033160 · 發表于 2022-6-8 11:42

硬件解決方案：用鐵電，幾億次寫壽命夠你用的了。

軟件解決方案：寫到滿就換一個區域繼續寫唄，把寫滿的區間加起來就是總區間

ID:965189 · 發表于 2022-6-8 12:04

我的一個東西記錄時間，一分鐘保存一次，秒忽略。

ID:161164 · 發表于 2022-6-8 15:38

如用的是STC89C52，有5k EEProm (5120Byte)
每分鐘在新地址寫兩個Byte(int)
寫的值為EEProm的寫滿次數
那么寫到0x7FFF就有5120/2*32767=83883520分鐘=159年

ID:161164 · 發表于 2022-6-8 16:19

又想到一個新點子
利用STC偽EEProm的特性(可寫0不可寫1)
只用一個扇區(512Byte)就可以計錄508年
首先頭兩Byte用來記錄擦除次數
然后每分鐘對每一Byte清零一個位元
即
B11111110
B11111100
B11111000
當這地址為0時清零下一地址
當這一扇區全零時就已經過了(512-2)*8=4080分鐘
當擦除次數達到0xFFF7(65535)時
機器就運行了65535*4080=267382800分鐘=508年

ID:624769 · 發表于 2022-6-8 16:36

lkc8210 發表于 2022-6-8 16:19
又想到一個新點子
利用STC偽EEProm的特性(可寫0不可寫1)
只用一個扇區(512Byte)就可以計錄508年

你這個想法很好，但是行不通。
5年前開始，只要stc出新型號就實驗（stc32和stc16沒有試過，有條件的話，你試試)，結論是stc的單片機不是只能1寫0，是只能ff寫其他值，你可以按你的想法試試，一次次改寫，然后最高位和最低位，都會不受控的隨機的變1，甚至，我降低要求，先寫個隨便什么值，再寫0x00，都不是每次能成功，即第二次寫入，只能確保破壞原值，不能保證寫成目標值，即便你要改成0x00。所以，寫入后擦除再寫，是唯一辦法。

ID:161164 · 發表于 2022-6-8 16:59

本帖最后由 lkc8210 于 2022-6-8 17:04 編輯

188610329 發表于 2022-6-8 16:36
你這個想法很好，但是行不通。
5年前開始，只要stc出新型號就實驗（stc32和stc16沒有試過，有條件的話， ...

太遺憾了那就改為每分鐘對一個Byte寫0x00
當這一扇區全零時就已經過了(512-2)=510分鐘
當擦除次數達到0xFFF7(65535)時
機器就運行了65535*510=267382800分鐘=63年
還可以接受吧？

ID:1033264 · 發表于 2022-6-8 17:16

ID:10331609# 2022-6-8 11:42 硬件解決方案：用鐵電，幾億次寫壽命夠你用的了。軟件解決方案：寫到滿就換一個區域繼續寫唄，把寫滿的區間加起來就是總區間

ID:329625 · 發表于 2022-6-8 18:50

理論方面是滿足的，具體的還要參考你用的芯片的次數

ID:883242 · 發表于 2022-6-8 22:27

dalaoshi 發表于 2022-6-7 06:12
以stc12為例，4個扇區，每個扇區512字節，一萬次擦寫，每分鐘記錄一次，如果使用得當，兩個扇區可用155年， ...

每分鐘一次，一萬次擦寫是7天！！！哪來的155年？？？

既然分扇區，那么即使是字節可以單獨寫，那也要整個扇區擦除。不擦你怎么把80h改成7fh呢？？？

ID:161164 · 發表于 2022-6-8 22:50

Hephaestus 發表于 2022-6-8 22:27
每分鐘一次，一萬次擦寫是7天！！！哪來的155年？？？

既然分扇區，那么即使是字節可以單獨寫，那也要 ...

155x365x24x60=81,468,000分鐘
81,468,000/1024/10000=7.95
即每個字節寫8次
大概和我12樓的想法類似
但被13樓證明了是不可能的

ID:230742 · 發表于 2022-6-8 23:00

為什么不用掉電檢測呢？就算加電路也不復雜吧。那不是比這簡單多了?

ID:883242 · 發表于 2022-6-8 23:02

lkc8210 發表于 2022-6-8 22:50
155x365x24x60=81,468,000分鐘
81,468,000/1024/10000=7.95
即每個字節寫8次

了解了，寫8次就是12樓的做法，但是13樓確定這種辦法不能用。

ID:283954 · 發表于 2022-6-8 23:09

188610329 發表于 2022-6-8 16:36
你這個想法很好，但是行不通。
5年前開始，只要stc出新型號就實驗（stc32和stc16沒有試過，有條件的話， ...

還好有你的實驗結果，要不然做的時候還不知道會浪費多少時間，但你這一結果表示FLASH偶爾能把原來的0寫成1，那不就違反的FLASH的物理特性了？所以還得再小心求證了。

lkc8210君的想法很好，我原本想用到兩個扇區，現在一個就行了。

ID:624769 · 發表于 2022-6-8 23:46

dalaoshi 發表于 2022-6-8 23:09
還好有你的實驗結果，要不然做的時候還不知道會浪費多少時間，但你這一結果表示FLASH偶爾能把原來的0寫成 ...

也不算把 0 寫成 1, 感覺就是里面電荷亂了,

試驗的最初目的，是事先在Eeprom 里面存入 512個值，用掉一個清掉一個。
本來是認為，只要我寫0x00，不管原來什么數據，都能清掉吧？后來發現，永遠清不完，才專門寫了測試程序去做這樣一個試驗。然后發現，只要非0xff的地方，寫入 0x00 90%以上都不會變 0x00 也不會保留原值，而是變成一個隨機值，有的地方1會變 0 有的地方會 0變1，而一旦出現這種狀況的地址，在重新擦除之前，不管你怎么改寫，都無法變成 0x00 或者 0xff, 基本上，嘗試多次寫入任意值之后，用二進制來看，會穩定的在類似： 01000000 和 00010010 這樣的值之間變化。就是大部分是0 有1~2個會是1，位置還會游走。
具體原因不清楚。也許是 Flash 的正常特性，也許是 STC 的 IAP 的漏洞缺陷？總之，差不多測試了百來片（80片以上絕對有）的STC單片機，幾乎覆蓋STC全系列（除了 STC16, STC32 沒有測試過，）這個問題一直存在。關于手冊上的，只能把 1 寫成 0，這個說法，和事實嚴重不符的問題，也反映過，總被他們按照“寫入前必須擦除扇區” 來敷衍，從不給正面回答。
正好12#提到這個想法，我就順便說一下親身經歷，避免有人和我一樣中招。

ID:883242 · 發表于 2022-6-9 00:04

188610329 發表于 2022-6-8 23:46
也不算把 0 寫成 1, 感覺就是里面電荷亂了,

試驗的最初目的，是事先在Eeprom 里面存入 512個值 ...

那就是SLC、MLC、TLC……的區別了。沒想到死大、慘集成度這么低的芯片也會用到MLC。。。。。

SLC是一個存儲單元只記錄0、1兩個值，1可以寫成0，0不能寫成1。符合你的預測。

TLC是一個存儲單元分8個電壓等級，000、001、010、011、100、101、110、111，讀這個存儲單元是測量電壓，然后給出3bit數據。這種結構當然是你的測試結果了。

ID:283954 · 發表于 2022-6-9 02:15

188610329 發表于 2022-6-8 23:46
也不算把 0 寫成 1, 感覺就是里面電荷亂了,

試驗的最初目的，是事先在Eeprom 里面存入 512個值 ...

我到這個站找到相關話題的研討。
去搜索下這篇文章
EEV b log的FLASH memory write without pre-erase

我的英文水平有限，勉強看得懂，原來很多FLASH是不允許在本來已經是0的單元再寫0的，這是關鍵的說明：

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可以這么做，所以還能再等待。

既然說明書說對已經是0的單元重新寫0會造成過度勞累，你有空還可做一個實驗，把要重寫的那個字節（8位）讀出后，把0先變成1，再補上要寫的0，再寫入，這樣就可避免在原來的0再寫0，就不會“過度勞累”，看看有什么結果哈。

ID:1033481 · 發表于 2022-6-9 13:51

不需要不停的寫進去，每隔10分鐘寫一次甚至半小時寫一次就好了，因為有些機器不是按照分鐘收費啊。這樣可以讓壽命提高N倍

ID:624769 · 發表于 2022-6-9 18:03

Hephaestus 發表于 2022-6-9 00:04
那就是SLC、MLC、TLC……的區別了。沒想到死大、慘集成度這么低的芯片也會用到MLC。。。。。

SLC是一 ...

原來如此，漲知識了，看來 STC用的就是 MLC 或者 TLC 的Flash 了。這樣，Eeprom的問題，就解釋的通了。
就是這么簡單的一個問題，他們技術部門為啥要藏著掖著的？用MLC，TLC的U盤也不是沒有，講出來很丟人么？

ID:624769 · 發表于 2022-6-9 18:10

lkc8210 發表于 2022-6-8 16:59
太遺憾了那就改為每分鐘對一個Byte寫0x00
當這一扇區全零時就已經過了(512-2)=510分鐘
當擦除次數達到0 ...

仔細想一想，其實按照你的計數方式，Eeprom 的主意也不是不能打，經過我上萬次的測試，發現，雖然再次寫入，不能改寫成目標值，但是破壞原值，還是可以確保的。站在Eeprom 利用最大化，榨干剩余價值的立場來講，我覺得不然，這樣：
與其，每個單元寫 0x00，不如我們寫 0x5A;
按你的思路，我們一個扇區，全寫成 0x5A; 就是 510分鐘。
再全寫 0xA5, 不管變成啥反正，都非0x5A 了，就 1020 分鐘了。
然后，反復擦除，寫到報廢，就 126 年了。
就算，1秒寫一次，拼上一個扇區的壽命，能寫2年，4個扇區，能8年，基本產品也報廢了。這主意不錯吧？

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單片機EEPROM/FLASH如何長壽保存總運行時間?

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