单片机为何需要Flash和EEPROM？它们有何作用

单片机运行时的数据都存在于 RAM（随机存储器）中，在掉电后 RAM 中的数据是无法保留的，那么怎样使数据在掉电后不丢失呢？这就需要使用 EEPROM 或 FLASHROM 等存储器来实现。

插播一段：ROM 最初不能编程，出厂什么内容就永远什么内容，不灵活。后来出现了 PROM，可以自己写入一次，要是写错了，只能换一片。随着不断改进，终于出现了可多次擦除写入的 EPROM，每次擦除要把芯片拿到紫外线上照一下，想一下你往单片机上下了一个程序之后发现有个地方需要加一句话，为此你要把单片机放紫外灯下照半小时，然后才能再下一次，这么折腾一天也改不了几次。历史的车轮不断前进，伟大的 EEPROM 出现了，拯救了一大批程序员，终于可以随意的修改 ROM 中的内容了。

EEPROM 的全称是“电可擦除可编程只读存储器”，即 Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory。是相对于紫外擦除的 rom 来讲的。但是今天已经存在多种 EEPROM 的变种，变成了一类存储器的统称。

狭义的 EEPROM：

这种 rom 的特点是可以随机访问和修改任何一个字节，可以往每个 bit 中写入 0 或者 1。这是最传统的一种 EEPROM，掉电后数据不丢失，可以保存 100 年，可以擦写 100w 次。具有较高的可靠性，但是电路复杂 / 成本也高。因此目前的 EEPROM 都是几十千字节到几百千字节的，绝少有超过 512K 的。

Flash:

Flash 属于广义的 EEPROM，因为它也是电擦除的 ROM。但是为了区别于一般的按字节为单位的擦写的 EEPROM，我们都叫它 Flash。

既然两者差不多，为什么单片机中还要既有 Flash 又有 EEPROM 呢？

通常，单片机里的 Flash 都用于存放运行代码，在运行过程中不能改；EEPROM 是用来保存用户数据，运行过程中可以改变，比如一个时钟的闹铃时间初始化设定为 12：00，后来在运行中改为 6：00，这是保存在 EEPROM 里，不怕掉电，就算重新上电也不需要重新调整到 6：00。

但最大区别是其实是：FLASH 按扇区操作，EEPROM 则按字节操作，二者寻址方法不同，存储单元的结构也不同，FLASH 的电路结构较简单，同样容量占芯片面积较小，成本自然比 EEPROM 低，因而适合用作程序存储器，EEPROM 则更多的用作非易失的数据存储器。当然用 FLASH 做数据存储器也行，但操作比 EEPROM 麻烦的多，所以更“人性化”的 MCU 设计会集成 FLASH 和 EEPROM 两种非易失性存储器，而廉价型设计往往只有 FLASH，早期可电擦写型 MCU 则都是 EEPRM 结构，现在已基本上停产了。

在芯片的内电路中，FLASH 和 EEPROM 不仅电路不同，地址空间也不同，操作方法和指令自然也不同，不论冯诺伊曼结构还是哈佛结构都是这样。技术上，程序存储器和非易失数据存储器都可以只用 FALSH 结构或 EEPROM 结构，甚至可以用“变通”的技术手段在程序存储区模拟“数据存储区”，但就算如此，概念上二者依然不同，这是基本常识问题。

EEPROM：电可擦除可编程只读存储器，Flash 的操作特性完全符合 EEPROM 的定义，属 EEPROM 无疑，首款 Flash 推出时其数据手册上也清楚的标明是 EEPROM，现在的多数 Flash 手册上也是这么标明的，二者的关系是“白马”和“马”。至于为什么业界要区分二者，主要的原因是 Flash EEPROM 的操作方法和传统 EEPROM 截然不同，次要的原因是为了语言的简练，非正式文件和口语中 Flash EEPROM 就简称为 Flash，这里要强调的是白马的“白”属性而非其“马”属性以区别 Flash 和传统 EEPROM。

Flash 的特点是结构简单，同样工艺和同样晶元面积下可以得到更高容量且大数据量下的操作速度更快，但缺点是操作过程麻烦，特别是在小数据量反复重写时，所以在 MCU 中 Flash 结构适于不需频繁改写的程序存储器。

很多应用中，需要频繁的改写某些小量数据且需掉电非易失，传统结构的 EEPROM 在此非常适合，所以很多 MCU 内部设计了两种 EEPROM 结构，FLASH 的和传统的，以期获得成本和功能的均衡，这极大的方便了使用者。随着 ISP、IAP 的流行，特别是在程序存储地址空间和数据存储地址空间重叠的 MCU 系中，现在越来越多的 MCU 生产商用支持 IAP 的程序存储器来模拟 EEPROM 对应的数据存储器，这是低成本下实现非易失数据存储器的一种变通方法。为在商业宣传上取得和双 EEPROM 工艺的“等效”性，不少采用 Flash 程序存储器“模拟”（注意，技术概念上并非真正的模拟）EEPROM 数据存储器的厂家纷纷宣称其产品是带 EEPROM 的，严格说，这是非常不严谨的，但商人有商人的目的和方法，用 Flash“模拟”EEPROM 可以获取更大商业利益，所以在事实上，技术概念混淆的始作俑者正是他们。

从成本上讲，用 Flash“模拟”EEPROM 是合算的，反之不会有人干，用 EEPROM 模拟 Flash 是怎么回事呢？这可能出在某些程序存储空间和数据存储空间连续的 MCU 上。这类 MCU 中特别是存储容量不大的低端 MCU 依然采用 EEPROM 作为非易失存储器，这在成本上反而比采用 Flash 和传统 EEPROM 双工艺的设计更低，但这种现象仅仅限于小容量前提下。因 Flash 工艺的流行，现在很多商人和不够严谨的技术人员将程序存储器称为 Flash，对于那些仅采用传统 EEPROM 工艺的 MCU 而言，他们不求甚解，故而错误的将 EEPROM 程序存储器称为“ 模拟 Flash”，根本的原因是他们未理解 Flash 只是一种存储器结构而非存储器的用途，错误的前提自然导致错误的结论。商业上讲，用 EEPROM 模拟 Flash 是不会有人真去做的愚蠢行为，这违背商业追求最大利益的原则，技术上也不可行，而对于技术人员而言。本质的问题是 Flash 是一种存储器类型而非 MCU 中的程序存储器，即使 MCU 的程序存储器用的是 Flash，但其逆命题不成立。

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审核编辑黄昊宇