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摘 要

嵌入式产品以其特殊功能的特点，在各行各业里面应用极为广泛。数据存储的优劣极大的影响到了嵌入式产品的优劣，它关系到嵌入式产品的功能以及运行能力。设计一款数据存取速度快、容量大、稳定的数据存储系统对于嵌入式产品具有很大的实用意义。

在对存储系统有一定的了解后，在单片机与微机原理接口技术的基础上，给出一款具体的数据存储系统的软硬件设计方案，以实现数据的存储。

本文主要介绍了一种基于ARM内核的STM32F103RCT6为主芯片的FLASH数据存储系统的硬件系统以及一些软件驱动的设计。本系统的控制芯片为STM32F103RCT6，采用的数据存储芯片为M25P16。能实现对存储芯片里面已有的数据进行擦除、往存储芯片里面存入数据、从存储芯片里面读出数据、通过SPI接口发送数据以及接收从SPI返回的数据等功能。

关键词：FLASH存储；M25P16；ARM；数据存储

Design of software and hardware system for Flash storage in hydraulic monitoring system

Abstract

Embedded Products is extensively used in various industries which has special features. A great impact on the merits of the stored data to the merits of embedded products, it relates to the function, and the ability to run embedded products. Design a data access speed, large capacity, stable data storage systems for embedded products has great practical significance.

In the storage system has a certain understanding, based on the principles of the interface microcontroller and computer technology, hardware and software design are given a specific data storage system to achieve data storage.

This paper introduces the design of a hardware and software system for the Flash storage which the main chip is STM32F103RCT6.The controller chip of this systme is STM32F103RCT6 and the data storage chip of this system is M25P16.The system can erase the data This system can read and write data from memory chip. This system also can send data through the SPI interface and receive data from the SPI.

KeyWords:FLASH Storage;M25P16;ARM;Data Storage

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2FLASH闪存简介 2

1.3毕业设计任务 3

1.4各章概要 3

第二章 控制芯片STM32F103及存储芯片M25P16的介绍 4

2.1 主控制芯片STM32F103RCT6大致简介 4

2.1.1 芯片特点 4

2.1.2 系统作用 5

2.2 存储芯片M25P16介绍 6

2.2.1 M25P16芯片概述 6

2.2.2 SPI通信协议 7

2.2.3 M25P16工作原理 9

2.2.4 存储组织架构 10

第三章 存储的硬件设计 13

3.1 各模块硬件电路设计 13

3.1.1 主芯片电路 13

3.1.2 电源电路 14

3.1.3 复位电路 14

3.1.4 晶振电路 15

3.1.5 存储芯片电路 15

3.2存储系统的PCB设计 16

第四章 存储的软件设计 18

4.1 写使能（WREN） 18

4.2读标识指令(RDID) 19

4.3 读状态寄存器 21

4.4读取数据(READ) 22

4.5 页面数据写入(PP) 24

4.6 扇区擦除指令(SE) 27

4.7 整块擦除指令(BE) 28

第五章 系统调试及总结 30

5.1 系统调试 30

5.1.1 系统调试方案设计 30

5.1.2 系统调试过程简介 30

5.1.3 软硬件联调 30

5.1.4 调试结果 30

5.2 设计总结 31

5.3 存储系统的优化设计 32

参考文献 34

致谢 35

附录：存储芯片M25P16的软件驱动以及硬件PCB板 36

第一章 绪论

研究背景及意义

目前大多数信号检测系统的结构是分布式结构，它的底层是以单片机为核心的智能仪表单元，传感器的信号不断的实时采集和存储，从而实现数据信号采集，上层是一个工业PC机，到一定的时间把数据上传到工业PC机^[1]，用工业PC机去实现数据记录任。这样就导致了系统设备极为庞大，设备成本、安装成本以及维护成本比较昂贵，还具有底层检测单元的人机交互界面不够友好的缺点^[2]。由于数据分析小屋不能离工业现场太远（总线通信有距离限定），导致工作人员将会处于工业现场这种恶劣的工作环境下。随着检测手段的多样化、检测参数的多样化以及检测精度的大幅度提高，数据量的急剧增加会严重加大总线系统的负担，导致错误率增高。通过总线的方式传输检测到的数据风险大于使用嵌入式系统存储模块，当总线传输线路出现故障，挂在总线上的所有的检测到的数据都无法传送到上位机，并且传统的检测单元无法存储庞大的数据量，因此而产生检测数据量出现损失的风险。检测数据量的大量增加使得通信系统难以把检测到的数据量实时的传送到上位机。

目前，嵌入式应用仍然保持着不错的发展势头，在产业改造和调整产业结构中卓有成效，它巨大的使用前景和极快的发展势头已经吸引了业界的极大注意 ^[3]。嵌入式产品的核心是特殊的应用，具有软件和硬件修改极为方便的特点的一种智能化产品^[4]。目前信号检测手段众多，检测精度比较高，导致所检测出来的数据量急剧增加，使得嵌入式系统里面的数据存储技术也逐渐成为人们关注的焦点。数据存储的可靠性、快速性、存储的容量、功耗、成本等等也成为了一个嵌入式产品的重要性能指标之一。目前常用的存储技术有很多，这些存储技术由于各种各样的缺点已经不适应在恶劣环境下的高速数据存储。FLASH是新的存储类型之一，数据不容易丢失、 产品耗能低、 器件体积小重量轻以及具有较高的可靠性等优点，是复杂环境下存储设备的第一选择^[5]。由于嵌入式产品要求系统断电后仍然可以继续保存一些重要的数据，并且Flash具有存储容量大、使用寿命长、断电后数据不丢失的特点，所以在嵌入式产品存储模块里面有着很多应用。高速数据采集存储系统目前在通信、采矿、化工工业现场等工业领域，雷达、图像处理、声呐等国防领域^[6]。它已经逐渐的融入到了我们的日常生活中，逐渐进入到了各行各业。

FLASH闪存简介

我们处于信息时代，信息社会离不开信息的存贮，这些导致了数据容量呈爆炸式增长^[7]。半世纪来, 我们孜孜不倦的探寻更好的存储技术，终于卓有效果。不挥发性存储器( Non-Volatile)由于有掉电之后可以使得信息不丢失的功能而成为存储里的火热门类^[8]。 

FLASH闪存可称之为"Flash"，它是不挥发（ Non-Volatile ）的内存^[9]。闪存和普通的内存有很大的差别：各种DDR、RAM都是能挥发的内存，当给内存断电里面的数据就会丢失；然而不给闪存提供电流其数据也可以长时间地保存，这个与硬盘比较相似，这个特点是闪存变成各种可携带嵌入式产品的存储的根源。 它有相对于其他产品功耗低、存储量特别大的特点，还能保持极高的擦写速度这些很吸引人的优点，这些优点使得其与其他产品竞争很具有优势^[10]。着眼未来，闪存的应用将会越来越广泛，基于闪存的移动存储器将会逐渐替代软盘以及DDR 、SDRAM将会取代RDRAM成为主流^[11]。

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