蓝桥杯嵌入式（G431RBT6）: EEPROM进阶学习

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前言

    EEPROM可以说也是蓝桥杯嵌入式的常客。EEPROM断电保存。总的来说并没有什么难度，但还是需要注意一些问题，越是简单的东西，越是容易出错。
    笔者对于各种数据类型的读写，统一采用变量字节的读取方式。这种方式不需进行过多的转换，而且适用于几乎所有的基本数据类型的读取，也适用于小容量的结构体变量。
    读者觉得这种方法很好，于是选择分享出来，有些地方，可能还不够完善，希望能对一些小伙伴有帮助。

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    蓝桥杯比赛会提供相应的IIC.c和IIC.h文件，我们需要做的就是如何使用文件里的相关函数实现相应的读写操作。有兴趣的读者，可以查阅相关资料，自行学习IIC协议。

一、EEPROM单字节读取方式

1、读写函数

写函数

void EEPROM_Write(uint8_t add,uint8_t date)
{
	I2CStart();//起始
	I2CSendByte(0xa0);//控制字，写
	I2CWaitAck();
	I2CSendByte(add);//片内单元地址
	I2CWaitAck();
	I2CSendByte(date);//写入的字节
	I2CWaitAck();
	I2CStop();	//停止
}

读函数

uint8_t EEPROM_Read(uint8_t add)
{
	uint8_t temp;
	
	I2CStart();//起始
	I2CSendByte(0xa0);//控制字，告诉EEPROM进行写字节操作
	I2CWaitAck();
	I2CSendByte(add);//片内单元地址
	I2CWaitAck();
	I2CStop();//停止
	
	I2CStart();//起始
	I2CSendByte(0xa1);//控制字，告诉EEPROM进行读字节操作
	I2CWaitAck();
	temp=I2CReceiveByte();//读取字节
	I2CSendNotAck();
	I2CStop();	//停止
	
	return temp;
}

    AT24C02（EEPROM）片内地址从0x00到0xff共256个地址单元，每个地址单元可以存放一个字节。需要注意的是，连续多个字节写入EEPROM要进行10ms的延时，这是因为EEPROM处理数据的速度远小于单片机的速度，为了防止数据丢失，所以需要延时。
    上述代码中的add即为EEPROM的片内地址，上述代码中的date即为写入EEPROM的数据。
    以上代码就是单字节的读写函数，每次只能读写一个字节。这些代码比赛是需要我们自行编写的。
读写举例：

uint8_t date=26;
EEPROM_Write(0x00,date);//写入EEPROM的0x00单元，数据大小为26的uint8_t类型数据。
date=19;
date=EEPROM_Read(0x00);//读取EEPROM的0x00单元数据，当前date大小为26

2、读写不同的数据类型

整型:
    对于uint8_t 、uint8_t 、char、unsigned char这些单字节的数据类型，直接进行读写操作即可。

代码举例：
        略

    对于uint16_t、int16_t、等2个字节的数据类型，需要进行位运算，屏蔽低8位或高8位。依次写入高8位和低8位。

代码举例：uint16_t 类型写操作:

//uint16_t类型写操作，我们向EEPROM读写变量temp
uint16_t temp=1200;
uint8_t date;

date=temp>>8;//右移8位，获取高8位
EEPROM_Write(0x00,date);//写入高8位
HAL_Delay(10);
date=temp&0x00ff;//屏蔽高8位,保留低8位
EEPROM_Write(0x01,date);//写入低8位
HAL_Delay(10);

uint16_t 类型读操作^{（变量和地址基于上述代码进行操作)}

date=EEPROM_Read(0x00);//读取高8位
temp=date;
temp<<=8;
date=EEPROM_Read(0x01);//读取低8位
temp|=date;//此时的temp为1200

除了通过移位和按位与获取高8位和低8位，也可以使uint16_t 的变量除以256取整得高8位，模256取余得低8位。
例： uint16_t 类型写操作:

//uint16_t类型写操作，我们向EEPROM读写变量temp
uint16_t temp=1200;
EEPROM_Write(0x00,temp/256);//除以256，写入高8位
HAL_Delay(10);
EEPROM_Write(0x01,temp%256);//模256，写入低8位
HAL_Delay(10);

例： uint16_t 类型读操作:

temp=EEPROM_Read(0x00)*256;//读取高8位
temp=temp+EEPROM_Read(0x01);//读取低8位

局限性：

    这种方式相对来说比较麻烦，2个字节的数据类型，相对还好。而对于uint32_t ，需要进行4次换算提取字节操作，而对于uint64_t类型更是需要进行8次操作，还需要去写新的处理函数，更为麻烦。
    而对于float,double类型，写的时候需要转换为整数，读的时候还要转换为整数。程序编写效率极低，而且易出错。而且对于像1.2890899*10¹⁵这类高精读高范围的浮点数据，读写更加的困难。
    对于大范围，高精度的数据double,int,uint32_t,有没有更好的方法呢？当然有，可以采用多字节的读写方式统一处理。
    虽然目前题目上还没有没有遇到过这样的要求，但读者觉得一些知识还是应当掌握。

单字节读取方式读写浮点型数据的适用范围：
    对于表示数据范围不大的float,double类型数据，可以采用这种单字节读写的方式，但有效位数最好不要超过4位。

代码举例：

double temp=1.2;
date=temp*10;
EEPROM_Write(0x00,date);//写操作
date=EEPROM_Read(0x00);//读操作
temp=date/10.0;//换算,注意是除以10.0，而不是10，不然会截取丢失。

    当然也可以直接用整型变量存储一些double数据类型，只在进行显示和计算的时候进行相应的换算。

二、EEPROM多字节读写方式

1、多字节读写函数

优点：
    EEPROM不但可以单字节读写，还可以按页一次性多个字节读写，每页8个字节，所以最多可以连续读写8个字节，非常的方便。我们只需要向EEPROM传递EEPROM每页的首地址，就可以连续读写多个字节。
    除此之外，多字节读写方式对于多字节的基本数据类型的读写也非常简单。有效的解决了前面的问题。例如8个字节的double，4个字节的float,2个字节的uint16_t,很多同学都会进行相应的换算，这样着实麻烦。
    我们知道在相同的平台上，相同的数据类型，在内存中所占的字节大小是固定的，而且单个数据变量的字节在内存上的排布是连续的，所以，我们可以直接将该变量的所有字节写入EEPROM中，读取的时候，也是将相应的字节都读取出来，不用任何类型换算。

    当然理解这部分内容需要对于指针和地址，要有一点点的了解。不懂也没关系，会用就可以。

写函数

void EEPROM_Write(uint8_t add,uint8_t * array,uint8_t n)
{
	I2CStart();
	I2CSendByte(0xa0);//写操作
	I2CWaitAck();
	I2CSendByte(add);//片内单元地址
	I2CWaitAck();
	
	while(n--)//进行n次循环，写入n个数据，每次写入进行一次等待。
	{
		I2CSendByte(*array++);
		I2CWaitAck();
	}
	I2CStop();
}

读函数

void EEPROM_Read(uint8_t add,uint8_t * array,uint8_t n)
{
	I2CStart();
	I2CSendByte(0xa0);
	I2CWaitAck();
	I2CSendByte(add);
	I2CWaitAck();
	I2CStop();
	
	I2CStart();
	I2CSendByte(0xa1);
	I2CWaitAck();
	while(n--)
	{
		*array++=I2CReceiveByte();//读取
		if(n)//如果还有数据要读取
		{
			I2CSendAck();
		}
		else//如果没有数据要读取
		{
			I2CSendNotAck();
		}
	}
	I2CStop();
	
}

    以上的函数实际上就是在单字节读写的基础上加入了循环。操作都是一样的，只是读写了多个字节而已。
注意:读者并没有改函数名字，名字和单字节的读写函数名字是一样的，不要搞混。

2、多字节读写不同的数据类型

    对于uint32_t 类型数据以及高精度高范围的double类型数据的读写，用单字节的读写方式读写很困难，但是用多字节的读写方式处理起来就很轻松了。

原理：
    有C语言基础的同学都知道,头文件string.h里有这样一个函数memcpy();该函数是进行数组的复制的。使用过这个函数的同学都知道，该函数不关心数组内的元素类型和个数，只关心两个数组的首元素地址，以及需要复制的字节数。
注意：是字节数，而非是元素个数。

    所以我们的EEPROM的读写，也可以采用这样的操作，无论对于什么基本数据类型变量，都只关心该变量的字节数，和该变量的地址，而不关心它的类型。
    每次将该数据类型的所有字节都写入EEPROM中，读取的时候将所有的字节都读取出来。
使用多字节读取函数，就简单很多了。
我们只需要向EEPROM_Write和EEPROM_Read函数，提供该变量的地址，以及变量的字节大小就可以了。
变量的字节大小，我们可以通过sizeof运算符获取。

例：uint16_t类型读写:

uint16_t temp=1200;
EEPROM_Write(0x00,(uint8_t *)&temp,sizeof temp);//写入
HAL_Delay(10);
EEPROM_Read(0x00,(uint8_t *)&temp,sizeof temp);//读取

而对于double,float,以及int,uint32_t,就很简单了
例：double类型读取

double num1=3.1415926;
EEPROM_Write(0x00,(uint8_t *)&num1,sizeof num1);//写入
HAL_Delaly(10);
EEPROM_Read(0x00,(uint8_t *)&num,sizeof num);//读取

    所以，对于所有的基本数据类型（整型，浮点型），只要数据类型字节数不大于8，就都可以统一使用这种方式。
格式：
EEPROM_Write（EEPROM单元地址，(uint8_t *)&变量名，sizeof 变量名）；
EEPROM_Read（EEPROM单元地址，(uint8_t *)&变量名，sizeof 变量名）；

注意：我们不用的数据写入EEPROM的片内地址不要重复。每次写多少字节，相应的EEPROM片内地址选择也要相应的偏移相应的大小。

3、复合类型数据（数组、结构体）的读写操作

    如何进行多个数据的读写操作呢？之前讲到的都是单个数据的读写操作，如何一次读写多个数据呢？
    我们可以将相同类型的数据存在数组中，不同类型的数据存放在结构体中。我们依旧只关心变量地址和变量字节数，而不关心类型和大小。

（1）一维数组的读写操作

    我们只关心一维数组的首元素的地址，和它的字节数，每次最多写入8个字节。
例：
不足8字节大小的数组：

uint8_t array[6]={1,2,3,4,5,6};
EEPROM_Write(0x00,array,sizeof array);//写
HAL_Delay(10);
EEPROM_Read(0x00,array,sizeof array);//读
HAL_Delay(10);

大于8字节大小的数组：

uint16_t array[6]={1000,2,3,4,5,6};//该数组字节大小为2*6=12
EEPROM_Write(0x00,(uint8_t *)array,8);//写前8个字节
HAL_Delay(10);
EEPROM_Write(0x10,(uint8_t *)array+8,4);//写后四4个字节
HAL_Delay(10);

运用知识基础：
    需要对于各个基本数据类型的字节大小有一定了解，要对于数组的大小进行正确的计算和分析。
    对于小数据，多个数据类型，可以采用这样的操作。
    而对于元素为uint32_t ，double的数据类型，要读写多个数据，可以自己再定义一个函数即可。

    而对于表示范围不大的double类型，可以转换为uint8_t 类型，存储在uint8_t 的数组中，需要用的时候，进行相应的转换即可。这样存储1.2的double型变量原本需要读写8个字节，但是存储为表示12的uint8_t 类型的变量读写只要1个字节。

（2）二维数组的读写操作

    我们知道二维数组的数据都是连续存储的。
    所以，我们只关心字节大小和首地址，不考虑维度。
代码举例：

uint8_t array[2][2];
EEPROM_Write(0x00,(uint8_t *)array,4);//写
EEPROM_Read(0x00,(uint8_t *)array,4);//读

uint8_t array[3][5];
EEPROM_Write(0x00,(uint8_t *)array,8);//一共有3*5=15个字节，先写前8个
EEPROM_Write(0x10,(uint8_t *)array+8,7);//写后7个字节

EEPROM_Read(0x00,(uint8_t *)array,8);//一共有3*5=15个字节，先读前8个
EEPROM_Read(0x10,(uint8_t *)array+8,7);//读后7个字节

（3）结构体的读写操作

    结构体也可以采用这样的方式，但是需要注意的是，结构体变量不能过大，需要能正确的计算结构体的大小。或者通过sizeof运算符得到。
例：

struct
{
	uint8_t num;
	uint16_t num1;
	float date;
}Value;
EEPROM_Write(0x00,(uint8_t *)&Value,sizeof Value);//写
EEPROM_Read(0x00,(uint8_t *)&Value,sizeof Value);//读

（4）各个基本数据类型的大小

    基本数据类型基于不同平台字节大小是不一样的，注意本表是统计stm32G431Rbt6数据类型字节大小，方便大家进行相应的读写操作。

类型	字节大小
char	1
short	2
int	4
long	4
float	4
double	8

局限性：
    多字节的读写方式虽然方法简单也很通用，但对于读写double比较浪费EEPROM的资源，最多只能存取256/8=32个double类型，所以，我们可以将double 类型的变量转化为uint8_t 、uint16_t 类型，存储在EEPROM中。但是话说回来，如果不是读取很多个double类型的数据，建议使用多字节的读写方式处理，资源不用白不用，留着也是浪费。

小节：
    无论是各种基本数据类型，还是复合数据类型，单个，还是多个。对于多字节的读写操作，我们只需要明确变量首地址，变量字节大小就可以了。此方法通用。
格式：
EEPROM_Write（EEPROM单元地址，(uint8_t *)&变量名，sizeof 变量名）；
EEPROM_Read（EEPROM单元地址，(uint8_t *)&变量名，sizeof 变量名）；

五、初次上电默认值

    题目可能会有这样的要求，对于相应的数据，要求初次上电的时候值为默认值（例如要求初次上电该数据为20），以后对该数据进行读写操作，进行保存。
    如何实现呢？我们需要来判断是不是第一次上电。
    如何判断呢？我们可以随便读取EEPROM里的任意单元地址（不要和我们需要保存的数据地址相同）里的数据。对该数据进行判断，是否等于一个0xf8(等于别的也可以)，如果不等于0xf8，则读取到的是EEPROM原本存储的值，说明是第一次上电，将0xf8写进该单元，此时该单元的值等于0xf8。如果等于0xf8，则说明不是第一次上电。
例：

uint8_t date=36;//默认值为36，需要保存的数据
uint8_t temp;
temp=EEPROM_Read(0x00);//单字节读取方式
if(temp!=0xf8)//如果不等于0xf8是第一次上电
{
	temp=0xf8;
	EEPROM_Write(0x00,temp);
	HAL_Delay(10);
	EEPROM_Write(0x10,date);//将该数据的值存入EEPROM。
	HAL_Delay(10);
}
date=EEPROM_Read(0x10);
HAL_Delay(10);
while(1)
{

}

    可能有的同学会感觉，如果第一次上电，读取的EEPROM原来存储的数据与0xf8相同咋么办。这概率还是有点小，1/256,如果觉得小，就读取两个数据，进行两次判断，这样的概率为1/(256*256)。
读取两个吗？通过多字节的读写方式，一次读写一个uint16_t的变量进行判定，不是更方便？

六、延时问题

    无论是单字节的读写方式，还是多字节的读写方式，向EEPROM写入数据的时候都要进行相应的延时，建议延时10ms，这个问题前面有讲到。主要是因为EEPROM的速度跟不上stm32的速度。

七、一点点的小BUG

    建议IIC的初始化函数写在LCD的初始化函数后面，因为笔者遇到过这样的问题，原因不明。IIC的初始化函数写在LCD的初始化函数前面，可能会出现数据读写错误的问题。

总结

    这是笔者的第一篇知识分享文章，因为不同人的基础都是不一样的，所以笔者尽量把内容写得详细一点，可能有些地方没有考虑到，由于内容都是笔者自己亲写的，第一次写，水平有限，有些语句可能读起来不是那么的通顺，或者有点逻辑上的矛盾，一些概念说的可能不是那么的准确。如果可能，后续会进行校对。
    程序大部分都是经过笔者测试的，但可能有小量程序，由于时间问题，笔者没有进行测试。
    如有一些不同的建议和想法，或者是发现笔者一些程序内容上的问题，欢迎评论区讨论留言。
    读者后续也会出相应的教程，感兴趣的小伙伴，点个关注呀!