摘要: 介紹文件系統在Atmel公司的EEPROM芯片AT24C512中的應用。本文主要針對嵌入式Linux系統，通過編寫EEPROM的塊設備驅動程序，并格式化為相應的文件系統，從而達到按文件方式存取EEPROM的目的。
關鍵詞: EEPROM; AT24C512； Linux； 文件系統
引言
在嵌入式系統中，EEPROM憑借使用簡單、性能可靠、價格低廉的特點而廣泛應用于小量而又重要的數據存儲領域。目前，嵌入式產品層出不窮，應用繁多，相應的EEPROM隨之出現。其中，兩線EEPROM因其引腳少、封裝小得到廣泛應用。本文主要針對兩線EEPROM AT24C512來創建文件系統，當然也適用于其他同類產品。
1 AT24C512簡介[1]
AT24C512是Atmel公司生產的串行電可擦的可編程存儲器。它采用8引腳封裝，具有可掉電記憶、結構緊湊、64 KB存儲容量等特點，可以在2線總線上并接多片芯片，適用于具有較大容量重要數據存儲要求的嵌入式系統。
1.1 封裝及引腳介紹
圖1 AT24C512引腳圖
AT24C512有多種封裝：TSSOP、PDIP、SOIC、dBGA2、SAP等。其引腳順序如圖1所示。
A0,A1：設備地址。當串行總線上掛接多片EEPROM芯片時，用這個地址來區分各芯片。
SDA：串行數據。
SCL：串行時鐘。
WP：寫保護。低電平寫允許，高電平寫禁止。
VCC：電源。
GND：地。
NC：懸空。
1.2 芯片操作簡介
(1) 設備尋址（device addressing）
在讀寫EEPROM前，需要一個開始標志和一個8位的設備地址去尋址。其設備地址格式如下：
其中，最后一位為讀寫操作位，1表示讀操作，0表示寫操作。
(2) 寫操作
AT24C512提供字節寫和128字節頁寫功能。字節寫與頁寫操作主要區別在于：后者不需要每寫入一字節就提供一個結束標志，而是在處理器得到應答信號后繼續寫入數據，直到寫完小于等于一頁的數據。字節寫和頁寫的操作如圖2和圖3所示。
圖2字節寫操作
圖3頁寫操作
(3) 讀操作
AT24C512的讀操作有多種模式，包括當前地址讀、隨機地址讀和連續多字節讀3種方式。讀操作基本與寫操作同。當前地址讀操作不發送片內地址，每次只讀取當前地址的數據，片內讀地址自動加1，直到讀完整片EEPROM后置0。隨機地址讀操作需先指定片內地址，然后讀出數據。而連續多字節讀操作則綜合了上述兩種方式，既可以是當前地址讀，也可以是隨機地址讀。每當處理器接收到一字節數據后返回一個ACK，EEPROM收到此ACK后地址自動加1，接著輸出下一個字節數據，直到控制器返回NO ACK時，讀過程結束。
2 AT24C512與主控芯片的連接
采用Atmel公司的工控芯片AT91RM9200[2]作為主控芯片。AT91RM9200有專用兩線接口，可用來連接AT24C512。AT24C512與主控芯片的連接如圖4所示。
圖4 AT24C512與主控芯片的連接電路
由于AT91RM9200內部有兩線控制器，因此對AT24C512的訪問只需操作AT91RM9200的內部寄存器，而無需人為模擬AT24C512的訪問時序。這為編程提供了方便，同時也保證了可靠性。這里以寫操作的流程為例，簡要介紹在主控芯片AT91RM9200下如何對AT24C512進行編程，如圖5所示。
圖5 寫流程
3 Linux塊設備驅動
3.1 Linux塊設備驅動模型[3]
在Linux系統中（本文使用Linux內核2.6.28），設備驅動程序通常有固定的模式，既為編寫具體的驅動程序提供了方便，也減少了錯誤的發生。在編寫塊設備驅動程序時，首先用register_blkdev注冊塊設備，之后分配處理函數。處理函數主要包括：request函數，當有讀寫操作時內核會調用該函數；open函數，用于打開設備；release函數，用于釋放設備；ioctl函數，用于查詢或設置一些信息。最后向內核注冊磁盤。在這個過程中，最重要的一個結構是struct gendisk。上述所描述的處理函數都被寫入該結構體，將該結構體必要的字段賦值后，就可使用add_disk將該結構體添加入內核。此時，磁盤設備將被激活，并隨時會調用它提供的方法。
3.2 在塊設備驅動中訪問EEPROM
為了訪問EEPROM，就需要將對EEPROM的操作與塊設備驅動關聯起來。首先是在塊設備驅動初始化代碼中調用at91_twi_init對EEPROM進行初始化，然后在塊設備傳輸函數block_transfer中調用AT91_TWI_Read和AT91_TWI_Write進行讀寫操作，這樣就使得塊設備驅動和EEPROM關聯起來了。
為了提高效率，在對EEPROM寫操作時采用頁寫模式。這里要注意的是，需要對寫入的數據進行分割，因為AT24C512 提供的是128字節頁寫功能，如果多于128字節，需分成128字節的倍數。同時注意，在一次寫結束時，應等待1個寫周期時間，再進行其他的操作；在進行讀操作時，為了提高效率，應采用連續多字節讀方式。
4 建立文件系統
為了按文件方式存取EEPROM，在塊設備之上建立文件系統是必要的。由于AT24C512只有64 KB的容量，建立文件系統時，應該選擇本身占用空間少的文件系統。當然這要根據具體需求來作出決定。
下面以msdos、minix、ext2文件系統為例作個比較。首先分別使用mkdos、mkfs.minix、mke2fs 對塊設備格式化，并掛載到某個目錄下。在未寫入任何文件數據的情況下，其結果如表1所列。
表1 文件系統對比
AT24C512 EEPROM只有64 KB容量，相比磁盤等大容量的存儲設備，除穩定性外，最主要考慮的是有效空間利用率。從表1中可以看出，在這3種文件系統中，msdos文件系統的空間利用率要高一些，minix文件系統次之，ext2文件系統最低。但是msdos文件系統的缺點是只支持8.3格式的文件名，而minix文件系統支持的文件名最多為14個字符，ext2文件系統支持的文件名長度則高達255個字符。當然，實際采用何種文件系統應根據具體要求來作出選擇。
5 結論
由于AT24C512這類串行EEPROM本身固有的特性，在寫入和讀取文件操作時，其響應速度要低于NOR Flash、NAND Flash等存儲設備。盡管如此，EEPROM也有其優勢，目前仍然大量應用于嵌入式系統中。在EEPROM上建立文件系統，給存取帶來了極大的便利，也大大地簡化了應用程序的編寫。