Програмування SPI Flash: Повний посібник зі створення та використання програматора своїми руками

Мікропрограмне забезпечення (прошивка) попередньо встановлюється у флеш-пам'ять перед виготовленням друкованої плати, підтримуючи високу пропускну здатність. Тим не менш, є суттєві переваги в програмуванні флеш-пам'яті вже після її випуску, тобто до того, як вона була припаяна до плати.

Програматор Spi Flash (SF) із дискретною флеш-пам'яттю має важливі переваги перед звичайними SD. Його ціна зазвичай не перевищує 1/10 вартості флешки, він використовує набагато менший форм-фактор і вимагає невеликої кількості спеціального обладнання.

Вибір: SPI Flash (SF) проти SD

Існує безліч причин для вибору дискретної флеш-мікросхеми замість підсистеми SD або навпаки, тому користувачеві необхідно враховувати компроміси перед придбанням пристрою.

Критерії вибору:

• Апаратна складність (перевага у SF): DIP-пакет із дискретною флеш-мікросхемою набагато простіше використовувати, ніж SD.
• Складність програмного забезпечення (перевага у SF): Підсистема флеш-пам'яті SD зазвичай спирається на великі бібліотеки SD Fat16/32, які можуть займати дорогоцінний простір EEPROM на малих вбудованих контролерах.
• Ємність і портативність (перевага у SD): Можна використовувати SD-карту більшої ємності в існуючому дизайні без змін, тоді як дискретна SPI має нижчі межі щільності.
• Вартість та енергоспоживання (перевага у SF): SD-карти зазвичай мають більшу потужність витоку та вищу динамічну потужність через швидкість доступу.
• Швидкість (перевага у SD): SD-пам'ять поставляється в різних SKU, оптимізованих під вимоги цифрової фотографії.

Флеш-пам'ять SPI

Флеш-пам'ять SPI — це тип енергонезалежної пам'яті, заснований на технології MOSFET. Енергонезалежність означає, що пристрій зберігає всі дані навіть тоді, коли живлення вимкнено.

Принцип роботи:

• Програмування: Перенесення групи носіїв заряду на діелектрик зазвичай виконується з більш високою напругою. Процес пошкоджує матеріал, тому після 100 тисяч циклів пристрій виходить з ладу.
• Стирання: Для зняття носіїв заряду з діелектрика подається висока напруга на зворотному потенціалі.

Запрограмований флеш-біт має значення 0, а стертий біт має значення 1. Стертий флеш-байт дорівнює 0xFF у шістнадцятковому форматі.

Переваги програматорів SPI Flash USB:

• Простота програмного забезпечення (код зсуває дані висновків DI і DO по передньому фронту тактової частоти).
• Відсутність потреби у складній схемі синхронізації (годинник контролюється хостом).

Програматор на базі мікроконтролера PIC18F2550

Цей пристрій є одним із найкращих варіантів для мікроконтролерів PIC та AVR, оскільки коштує менше 10 $ і виконується з легкодоступних компонентів.

Переваги:

• Безкоштовний відкритий вихідний код.
• Немає необхідності встановлювати додаткові драйвери завдяки використанню HID (Human Interface Device).
• Підтримка платформ Windows та Linux.
• Основу пристрою складає мікроконтролер PIC18F2550, підключений через роз'єм USB-B. Має два світлодіодні індикатори.

Інтерфейс та тестування OpenProg

Послідовність прошивки програматора Spi Flash:

1. Підключіть USB-роз'єм до ПК.
2. Відкрийте OpenProg і переконайтеся, що програматор виявлено.
3. Натисніть «Параметри» -> «Перевірка обладнання».
4. Виконайте апаратний тест, який перевіряє всі контакти (напруга на висновках VPP, VPPU, CLK, DATA, PGM).
5. Виміряйте напругу на висновках мультиметром і порівняйте зі значеннями на екрані.

Процес програмування:

1. Знайдіть пристрій та серію для програмування, приєднайте плату розширення до блока контролера.
2. Відкрийте OpenProg.exe, перевірте зв'язок та виберіть потрібне для програмування.
3. Натисніть зелену стрілку для читання пристрою.
4. Для запису виберіть код .hex (ліва кнопка зверху) та натисніть «Ok».
5. Натисніть червону кнопку зі стрілкою для запуску програмування. Світлодіод блиматиме, показуючи статус процесу.

Програмне забезпечення та додаткові можливості

Утиліта Flashrom призначена для ідентифікації, читання, запису, перевірки та видалення флеш-чіпів.

Функціональні можливості:

• Підтримка понад 476 чіпів флеш-пам'яті, 291 набору мікросхем та 500 материнських плат.
• Робота з різними пакетами (DIP32, PLCC32, SOIC8, TSOP та інші).
• Віддалене перепрошивання через SSH без необхідності фізичного доступу чи перезавантаження.

Послідовна SPI AT45DB161D

Це 16-мегабітна (2 МБайт) флеш-пам'ять, що ідеально підходить для зберігання коду та даних. Пам'ять організована у 4096 сторінок по 512 байт. Читання та запис здійснюються шляхом надання адреси (від 0 до 0x1FFFFF) та інформації про довжину даних.

USB - накопичувач EEPROM

Програматор на базі мікросхеми CH341A для мікросхем серії 25 підтримує:

• Автоматичну ідентифікацію моделі чіпа серії 25.
• Підтримку зв'язку USB у TTL та STC серії.
• Забезпечення виходу живлення від 5 В до 33 В (використовує CH341SER.EXE для встановлення драйверів).

Усунення збоїв у роботі мікроконтролерів

При роботі з мікроконтролерами можуть виникати проблеми. Досвідчені програмісти рекомендують такі кроки для усунення помилок:

• Перевірка живлення: Якщо вбудованого джерела недостатньо, використовуйте зовнішнє живлення.
• Перевірка портів та драйверів: Переконайтеся, що вибрано правильний послідовний порт і встановлено всі необхідні драйвери.
• Підвищення напруги / підтягування: Деякі контролери (наприклад, PICAXE) вимагають підтягуючого резистора на 10 кОм на послідовному висновку для уникнення помилок.
• Перевірка з'єднань: У разі виявлення проблем з мікроконтролером, перевірте цілісність ланцюга.

Після виконання програматора своїми руками користувач отримає зручний та потужний інструмент, керований через шину USB.