专题介绍：用FLASH来模拟EEPROM
基本信息
KQD系统一般需要一个外置的SPI FLASH或则外置EEPROM、外置铁电来保存数据。保存数据可能包含：
- 系统块配置（如果在Fcc的配置中勾选了系统块文件，则系统块不和梯形图一起编译，而是单独下载，因此需要单独保存）。
- IP地址，网络名称（一般通过系统块指定，如果配置了PNet或者Profinet，则需要单独保存）。
- SMART系统的系统块、数据块、程序块。
- 掉电保持数据。
- 模拟量的出厂标定数据。
- PLC项目文件，方便上载到电脑恢复梯形图。
KQD系统推荐使用外置的存储器来保存掉电数据，因为数据的保存一般来说是一个耗时操作，使用外置的存储器最大的优势就是不阻塞PLC的运行。对于常用的STM32或其兼容单片机，对内部FLASH进行擦除或编程操作时，内部FLASH对于CPU来说会短时变得不可用。在这种情况下，CPU会挂起一段时间，要么等待总线被释放，要么在RAM中运行等待操作完成标志。一般来说，这种系统的卡顿对于很多控制系统是不能忍受的。对于有些控制系统，可能只需要保存少量的参数数据，而且平时并不需要修改这些数据。或者是因为控制板的体积限制，外置存储器实在无法达成。或者是出于经济考虑，希望节约外置存储器的成本。针对这些情况，KQD也提供了一个Fee模块，可以用片内FLASH来模拟器EEPROM。
为什么要用FLASH来模拟EEPROM，而不是直接使用SPI FLASH的接口来直接操作内部FLASH呢？主要是出于以下考虑：
- STM32F4的扇区太大了，大部分扇区的大小是128K。因为一个扇区编程前必须全擦，如果需要保存独立的多组数据，则每组数据要放在不同的扇区上。一方面空间过于浪费，另一方面STM32F4总共也没有多少个扇区。
- FLASH的可擦写次数比EEPROM要小一个数量级，使用模拟方案可以使用磨损均衡算法，提高FLASH的使用寿命。
适合使用FLASH模拟EEPROM来保存的数据应该有以下特点：
- 数据量不能太大，相对外置SPI FLASH，单片机内部的FLASH还是太小太宝贵了。
- 数据不能频繁修改，因为修改数据需要操作单片机内部FLASH，会造成系统卡顿。
用户BANK需要直接跑代码，地址要固定，数据要连续，因此不能使用模拟EEPROM方案。同样的，因为SMART系统运行块需要直接跑代码，地址要固定，数据要连续，因此也不能使用模拟EEPROM方案。
FLASH模拟EEPROM的基本原理
要用FLASH模拟EEPROM，则需要至少两个可以独立擦除的扇区。我们将需要记录的数据，拆成更小的数据块：
然后将数据块按照顺序写入FLASH的某一个扇区：
此时，若需要修改数据块中的部分数据，且需要修改数据位于数据块1中。我们并不需要全擦整个扇区，而是将原来的数据块1标记为Garbage，在尾部创建一个新的数据块1即可：
随着旧的数据被标记为Garbage，新的数据在尾部追加，最终扇区0的空间将被消尽。此时如果仍然需要修改数据，则需要将扇区0中的有效数据拷贝到扇区1中去，并在扇区1中添加修改后的数据块：
最后将扇区1标记为Active，将扇区0标记为Garbage：
等到扇区1空间耗尽，则可以整个擦除扇区0，再将扇区1中的有效数据拷贝到扇区0中去，然后将扇区0标记为Active，将扇区1标记为Garbage。
结合上述原理，我们知道，不论是扇区还是数据块，都需要一个头部来保存若干状态：
- Erased：表示此扇区或数据块刚被擦除。
- Copy：表示此扇区或数据块正在被创建。
- Active：表示此扇区或数据块为有效。
- Garbage：表示此扇区或数据块被废弃。
不论是数据块，还是扇区，都只能进行如下的单向状态转换：
同时可以知道以下特性：
- 至少需要两个扇区来实现EEPROM模拟。
- 数据需要分块存储，在KQD系统中，为了管理方便，每个块固定为512字节。
- 因为需要额外的保存头部，一个扇区实际可以保存的数据大小略小于扇区大小。
- 如果实际保存的数据远小于扇区大小，则可以显著减少全扇区擦除和拷贝的操作次数，减少系统的卡顿。
在Designer中的配置实践
使用MemIf手动保存数据
因为需要使用内部FLASH，首先需要在Project中，分配User_Fls空间，这里以STM32F4举例：
如图所示，在User_Fls下面添加两个区间：User_FeeA、User_FeeB。这两个区间分别使用单片机的最后两个扇区，都是128K大小。
如果是STM32F1，配置的方式类似。因为STM32F1的擦写页很小（2K、1K），这里可以直接输入希望分配的大小：
整体的FLASH布局如下：
考虑到STM32H7一般为高规格PLC，STM32H7目前并不支持FLASH模拟EEPROM。
然后，需要添加MemIf蓝图，在蓝图中添加Fee和FLASH_Fls模块：
选择FLASH_Fls模块，在Chip下面添加两个芯片FeeA、FeeB，分别绑定Project中分配的FLASH空间User_FeeA、User_FeeB。
选择Fee模块，在Chip下面添加Chip0。首先，需要指定Chip的可用大小，对于F4来说，扇区是128K大小，为了留有余量，我们指定可用空间为64K。如果是F4，因为扇区是32K大小，我们指定可用空间为16K。然后在Chip0的Sector下面，添加SectorA、SectorB，分别指定FLASH_Fls模块中的芯片FeeA、FeeB：
选择MemIf_Fe模块，在Block下面添加一个手动读写块Block0。底层接口Lower选择Fee，模块选择Fee，芯片选择Chip0，大小选择1000个字节：
执行编译命令，MemIf_Fe会在MemIf中添加这个数据块，并自动分配空间，建立调用关系：
将此项目上传到服务器，并烧录固件到单片机。使用Application Editor上传PLC类型，固件指令中便提供了MemIf的读写指令，使用这些指令做简单的梯形图，便可手动对读写功能进行测试：
如图梯形图所示，闭合M0.1，则在上升沿将VB100开始的1000个字节保存到内部FLASH。闭合M0.0，则在上升沿将保存的数据恢复到VB100开始的100个字节。
使用NvM实现掉电保持
要实现自动掉电保存，首先需要添加NvM蓝图，并在NvM_Fe中添启用掉电保持：
选择NvM模块，在NvM_Fe_RetentiveBlock下面添加数据保存点R0，指定下级接口Lower为Fee，模块为Fee，芯片为Chip0：
执行编译命令，NvM会在MemIf中添加这个数据块，并自动分配空间，建立调用关系：
将此项目上传到服务器，并烧录固件到单片机。使用Application Editor上传PLC类型，在系统块中配置掉电保持范围
将此系统块下载到PLC，通过通讯的方式修改变量，观察重新上电后，变量值是否保持。
使用Fee保存项目文件
切换到PLC系统蓝图，选择Fcc模块，选择File节点，使能ArchiveBlockEnabled：
执行编译命令，NvM会在Fa中添加文件Fcc_Block_ArchiveBlock。指定下级接口Lower为Fee，模块为Fee，芯片为Chip0：
执行编译命令，Fa会在MemIf中添加这个数据块，并自动分配空间，建立调用关系：
将此项目上传到服务器，并烧录固件到单片机。使用Application Editor上传PLC类型。下载梯形图时，在下载对话框中可以选择是否下载项目文件。上载梯形图时，也可以选择从PLC恢复项目文件。
