【经验】C8051单片机Flash失效分析

时间： 2017-07-27 来源：世强作者：黑夜的眼睛

技术问答

最近，有客户反馈在使用SILICON LABS C8051Fxxx单片机过程中，Flash有出现程序丢失或者代码被改写的现象，出现这种情况只能重新下载代码到Flash中，系统才能恢复工作。在这里我们统称为Flash失效，这种情况如果在产品中出现后果很严重。Flash失效有软件操作上的原因，也有可能是硬件的问题。软件操作上的问题比较容易解决，如果硬件上的问题解决起来难度大些。下面就Flash失效的问题进行根因分析以及提出解决办法。

一、软件引起的失效

1、访问包含LockByte页引起的失效

C8051Fxxx系列高保密性体现在，Flash中有LockByte的设置来保护某一页或多页的内容不可被非法访问。当在LockByte中设置其他任一页被保护，那么包含LockByte的这一页默认是被保护的。如果用户代码试图擦除包含LockByte的这一页，可能引起整个Flash空间的代码被擦除。

规避措施：

访问包含LockByte的页时要谨慎，不要在用户代码中试图去擦除包含LockByte的页面。

2、Firmware对Flash写入操作不当引起的失效。

在Firmware中可能会出现对Flash的操作，比如将程序运行过程中得到一些数据写入Flash进行保存。那么这个时候，如果程序处理流程不当可能会引起Flash中的其他代码被改写。

1）当PSWE（Flash写使能位）＝1（和PSEE（Flash擦除使能位）＝1）时，Firmware用MOVX指令向意料之外的XRAM空间写入了数据，则会造成Flash空间代码被修改或擦除。

2）如果在Flash写入过程中，有中断产生并且中断服务向XRAM空间写入了数据，这时Flash会被错误的修改。

3）当PSWE＝1并且Flash写指针处于XRAM空间时，Flash写指针错误的指向则会造成Flash被修改。

规避措施：

1）在设置PSWE＝1之前禁止任何中断。

2）当PSWE＝1时不要更新Flash写指针或者其他变量。

3）减少PSWE＝1和PSWE＝0之间的指令数目。

4）将Flash写指针定位在idata或者data空间（不要定义在xdata或者pdata空间，谨慎使用存储器Large模式和Compact模式）。

5）用反汇编窗口观察PSWE＝1和PSWE＝0之间的指令。

6）在一个程序中只使能一次PSWE和使能一次PSEE（可以设计两个函数，一个用于Flash写，另外一个用于Flash擦除）。

3、PC指针跑飞引起的Flash失效

在某项目中使用C8051F04x中出现这种现象：在做可靠性测试时，MCU内部寄存器被改写，PC指针跑飞。如果这时PSCTL的PSWE位被意外置1，PC又恰好访问到XRAM空间，Flash就会被错误改写或者擦除。

规避措施：

在Flash操作子程序外面设置一个状态变量FlashWriteOK，只有当FlashWriteOK＝0xA5时，才允许调用Flash操作子程序，可以在一定程度上避免对Flash的误操作。

4、VDD Monitor处理不当引起的Flash失效

C8051Fxxx单片机内部有VDD监视电路，在Flash写入过程中，如果VDD出现异常（低于2.7V），而这时又没有将VDD异常作为复位源，则Flash操作可能会出现异常而导致失败。

规避措施：

在进行Flash写入之前使能VDD Monitor（有些MCU是通过外部管脚置高，没有硬件使能的MCU可以通过寄存器设置），同时，要将VDD Monitor作为复位源（在RSTSRC中直接将PORSF位置高，注意：对RSTSRC的操作不能用“|”或“&”的方式操作，而应直接写入，比如：RSTSRC＝0x02而不要RSTSRC&＝0x02）。

5、另外，在调用Flash操作子程序之前加一定的延迟也可以防止Flash误操作。

二、硬件引起的Flash失效

当程序中包含有Flash写入或者擦除操作程序时，电源失效、过慢的VDD爬升时间、时钟线上的毛刺、超高/低温都可能会引起Flash失效。

1、电源失效

电源失效可能会引起Flash失效。

规避措施：

1）使能VDD Monitor，并将VDD Monitor作为复位源。

对于没有MONEN管脚的器件：

在STARTUP.A51中，使能VDDMON和将VDDMON作为复位源；

在执行写或者擦除Flash操作前使能VDDMON和将VDDMON作为复位源。

2）确定在写RSTSRC寄存器时是显示的将PORSF写为“1”。

只用RSTSRC＝xx的方式，而不要使用RSTSRC |＝xx或者RSTSRC &＝xx的方式。

2、时钟毛刺引起的失效

MCU的Flash对时钟毛刺敏感，可能会引起Flash失效。

规避措施：

1）如果系统需要精确度高的时基并且工作在高噪声的环境，时钟源建议使用CMOS时钟而不采用晶体振荡器来减少时钟毛刺。

2）在MCU内部将外接时钟源二分频后作为系统时钟，减少时钟毛刺的影响。

3）外部时钟电路优化：时钟电路尽量靠近MCU时钟管脚；时钟电路被地包围；时钟线尽量短；时钟线上加RC滤波电路。

4）精度允许的情况下尽量采用内部时钟作为系统时钟。

5）如果系统是外接时钟源，在进行Flash操作时切换到内部时钟，操作完毕切换到外部时钟。

3、VDD爬升时间过长引起的Flash失效

如果有MONEN管脚并在硬件上拉高，在VDD上升过程中，MCU会一直处于复位状态。而对于某些器件，VDD Monitor是靠内部寄存器使能的，并在初始化时是Disable状态（如F300，F310，F330等器件），在VDD上升过程中，系统复位是靠外部复位信号起作用。这时，如果VDD上升时间大于外部复位信号有效时间，则系统复位不完全，内部寄存器可能存在不确定状态，系统程序可能会进行错误的Flash操作。

规避措施：

1）检查电源质量，要求VDD上升时间满足芯片规定的值。比如，对于F300、F310和F330等器件，其允许的VDD最大上升时间是1ms。

2）在芯片/RST管脚上接RC上电复位电路：100欧电阻上拉到VDD，0.1uf~1uf电容接到GND；直接将/RST管脚上拉到VDD的做法是不可取的。

3）直接在/RST管脚上接一个电源监视电路：如MAX6464、MAX706等。

以上措施都经过严格反复实验，经过如上措施规避，Flash程序丢失或者改写的现象没有再发生。

相关技术文档：

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全部评论（7）

用户_2169 Lv8 2018-12-29

不错不错
墨菲 Lv5. 技术专家 2017-12-28

好文章
luose Lv8. 研究员 2017-10-14

学习学习哈
Qin Lv7. 资深专家 2017-09-19

不错的文章
Tristan Tsai Lv5. 技术专家 2017-07-31

再看一遍，还是超赞的

yxf Lv7. 资深专家 2017-07-29

总结的不错，收藏了
Tristan Tsai Lv5. 技术专家 2017-07-27

这个文章很不错，flash问题比较普遍

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