[发明专利]支持一次性可编程存储器多次编程的微控制器和编程方法

说明书

技术领域

本发明涉及一次性可编程(One Time Programmable，OTP)存储器的编程技术，尤其涉 及在一次性可编程存储器上实现多次编程的技术。

背景技术

微控制器(MCU)芯片中嵌入的程序可编程存储器分为一次性可编程(One Time  Programmable，OTP)存储器和多次可编程(Multiple-Time Programmable，MTP)存储器。 一次性可编程(OTP)存储器的编程过程是不可逆的破坏活动，仅允许数据写入一次。一般OTP 存储器在编程之前的所有位存储单元的逻辑状态都相同(例如所有位存储单元均为逻辑 “1”)，编程之后，某些位存储单元的状态被取反(例如原来是“1”，编程之后变成“0”)， 这些状态被取反的位存储单元无法再回到原来缺省的逻辑状态。MTP存储器通常有可擦除可编 程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和闪存(FLASH)等几种，多 次可编程(MTP)存储器虽然制造成本会高于OTP存储器，但是允许多次修改，因此在生产备 货上具有灵活性，例如有一批电子设备中采用了MCU，厂家对这批MCU的可编程存储器进行编 程，当销售了一部分设备后发现这个型号的设备已经没有市场或程序有缺陷，需要升级MCU 程序后才能继续销售，这时，如果MCU内嵌的是OTP存储器，那这批MCU可能就要报废，为了应 对类似的风险，许多厂家现在更倾向于采用MTP存储器。

上述提到的MTP的三种类型存储器的可编程次数是很多的，有几十次至上万次，但很多时 候，其实只需要几次(甚至两次)可重复编程就可以解决前面提到的备货的问题。而且，我 们知道制造某个容量的MTP存储器产品比制造2倍(甚至4倍)于该容量的OTP存储器产品可能 要花更多的成本。这一方面是由于MTP的制造工艺复杂，另一方面，某个容量的MTP面积可能 本身就比2倍于该容量的OTP的面积大。因此，我们可以很容易想到利用OTP存储器实现少量的 多次编程技术。不过，要在OTP存储器上实现商用的多次编程还要解决很多具体问题。

我们都知道，OTP存储器的存储单元经过编程可以从初始状态变成逻辑相反的状态(例如 从“1”变成“0”)，反之，则不行。那么，其实对于任何一个OTP存储器来说，如果经过一 次编程后仍有未改变初始状态的存储单元的话，这些存储单元还是可以编程使用的，例如： 对于一个4K容量的OTP存储器，一次编程用掉了0.5K的容量，则余下的3.5K容量仍然可以被再 次编程。但这样简单考虑是不够的，还要考虑大批量生产的方便性和可行性。例如：某厂商 对A程序备货1万颗MCU，而对B程序备货2万颗相同型号的MCU，这种MCU内嵌4K OTP存储器，A 程序的容量是0.8K，B程序的容量是1.2K。经过一段时间的销售后，A程序的MCU还剩1千颗，B 程序的MCU还剩5千颗，这时候发现需要改成C程序销售1万颗，C程序的容量为1.5K。我们知道， 可以利用A程序和B程序的库存芯片共6千颗，再新编程4千颗空白片，当然，为了备货需要， 可能生产上会安排更多的空白片写入C程序。现在的问题是，我们不能简单地把已经编译好的 C程序编程进A程序MCU和B程序MCU的剩余存储空间，那样的话，执行时程序中的很多绝对地址 跳转指令就会发生错误。还有一个问题是，如何让程序从不同的入口地址开始执行。如果我 们事先知道库存芯片的程序空间使用情况，那么根据不同的芯片修改C程序并编译出不同版本 的C程序，这两个问题比较容易解决，但是，过多的程序版本会给生产管理带来很大的麻烦。 这里举的例子还比较简单，如果有很多程序版本的库存芯片，且有些芯片已经经过二次编程 了，那生产管理的难度就更大了。况且，有时还不仅仅是编译不同版本的程序就能解决问题 的，如果之前已经编入的程序没有留出相应的接口，新程序是无法替代老程序执行功能的。

发明内容

本发明的主要目的旨在提供一种在一次性可编程(OTP)存储器上可进行多次编程，充分 利用存储空间，并且便于批量生产和操作的微控制器和编程方法。