EEPROM и flash память
EEPROM — это энергонезавимая память с электрическим стиранием информации. Количество циклов записи-стирания в этих микросхемах достигает 1000000 раз. Заминающие ячейки в них, также как и в постоянных запоминающих устройствах с электрическим стиранием EPROM, реализуются на основе транзисторов с плавающим затвором. Внутреннее устройство этой запоминающей ячейки приведено на рисунке 1:
Рисунок 1. Запоминающая ячейка ПЗУ с электрическим стиранием (EEPROM)
Ячейка EEPROM памяти представляет собой МОП транзистор, в котором затвор выполняется из поликристаллического кремния. Затем в процессе изготовления микросхемы этот затвор окисляется и в результате он будет окружен оксидом кремния — диэлектриком с прекрасными изолирующими свойствами. В транзисторе с плавающим затвором при полностью стертом ПЗУ, заряда в «плавающем» затворе нет, и поэтому данный транзистор ток не проводит. При программировании, на второй затвор, находящийся над «плавающим» затвором, подаётся высокое напряжение и в него за счет туннельного эффекта индуцируются заряды. После снятия программирующего напряжения индуцированный заряд остаётся на плавающем затворе, и, следовательно, транзистор остаётся в проводящем состоянии. Заряд на его плавающем затворе может храниться десятки лет.
Подобная ячейка памяти применялась в ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием (EPROM). В ячейке памяти с электрическим стиранием возможна не только запись, но и стирание информации. Стирание информации производится подачей на программирующий затвор напряжения, противоположного напряжению записи. В отличие от ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием, время стирания информации в EEPROM памяти составляет около 10 мс.
Структурная схема энергонезависимой памяти с электрическим стиранием не отличается от структурной схемы масочного ПЗУ. Единственное отличие — вместо плавкой перемычки используется описанная выше ячейка. Ее упрощенная структурная схема приведена на рисунке 2.
Рисунок 2. Упрощенная структурная схема EEPROM
В качестве примера микросхем EEPROM памяти можно назвать отечественные микросхемы 573РР3, 558РР3 и зарубежные микросхемы серий AT28с010, AT28с040 фирмы Atmel, HN58V1001 фирмы Hitachi Semiconductor, X28C010 фирмы Intersil Corporation. В EEPROM памяти чаще всего хранятся пользовательские данные в сотовых аппаратах, которые не должны стираться при выключении питания (например адресные книги), конфигурационная информация роутеров или сотовых аппаратов, реже эти микросхемы применяются в качестве конфигурационной памяти FPGA или хранения данных DSP. EEPROM изображаются на принципиальных схемах как показано на рисунке 3.
Рисунок 3. Условно-графическое обозначение электрически стираемого постоянного запоминающего устройства
Чтение информации из параллельной EEPROM памяти производится аналогично чтению из масочного ПЗУ. Сначала на шине адреса выставляется адрес считываемой ячейки памяти в двоичном коде A0. A9, затем подается сигнал чтения RD. Сигнал выбора кристалла CS обычно используется в качестве дополнительного адресного провода для обращения к микросхеме. Временные диаграммы сигналов на входах и выходах этого вида ПЗУ приведены на рисунке 4.
Рисунок 4. Временные диаграммы сигналов чтения информации из EEPROM памяти
На рисунке 5 приведен чертеж типового корпуса микросхемы параллельной EEPROM памяти.
Рисунок 5. Чертеж корпуса микросхемы параллельной EEPROM
Обычно данные, которые хранятся в EEPROM требуются достаточно редко. Время считывания при этом не критично. Поэтому в ряде случаев адрес и данные передаются в микросхему и обратно через последовательный порт. Это позволяет уменьшить габариты микросхем за счет уменьшения количества внешних выводов. При этом используются два вида последовательных портов — SPI порт и I2C порт (микросхемы 25сXX и 24cXX серий соответственно). Зарубежной серии 24cXX соответствует отечественная серия микросхем 558РРX.
Внутренняя схема микросхем серии 24сXX (например AT24C01) приведена на рисунке 6.
Рисунок 6. Внутренняя схема микросхемы AT24C01
Подобные микросхемы широко используются для сохранения настроек телевизоров, в качестве памяти plug and play в компьютерах и ноутбуках, конфигурационной памяти ПЛИС и сигнальных процессоров (DSP). Применение последовательной EEPROM памяти позволило значительно уменьшить стоимость данных устройств и увеличить удобство работы с ними. Пример расположения данной микросхемы на печатной плате карты памяти компьютера приведен на рисунке 7.
Рисунок 7. EEPROM на печатной плате карты памяти компьютера
На рисунке 8 приведена схема электронной карты с применением внешней EEPROM микросхемы.
Рисунок 8. Схема электронной карты с применением внешней EEPROM
На данной схеме микроконтроллер PIC16F84 осуществляет обмен данными с EEPROM памятью 24LC16B. В таких устройствах, как SIM-карта, уже не применяется внешняя микросхема памяти. В SIM-картах сотовых аппаратов используется внутренняя EEPROM память однокристального микроконтроллера. Это позволяет максимально снизить цену данного устройства.
Схема управления для электрически стираемых программируемых ПЗУ получилась сложная, поэтому наметилось два направления развития этих микросхем:
- ЕСППЗУ (EEPROM) — электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство
- FLASH-ПЗУ
FLASH — ПЗУ отличаются от ЭСППЗУ тем, что стирание производится не каждой ячейки отдельно, а всей микросхемы в целом или блока запоминающей матрицы этой микросхемы, как это делалось в РПЗУ.
Рисунок 9. Условно-графическое обозначение FLASH памяти
При обращении к постоянному запоминающему устройству сначала необходимо выставить адрес ячейки памяти на шине адреса, а затем произвести операцию чтения из микросхемы. Эта временная диаграмма приведена на рисунке 11.
Рисунок 10. Временные диаграммы сигналов чтения информации из ПЗУ
На рисунке 10 стрелочками показана последовательность, в которой должны формироваться управляющие сигналы. На этом рисунке RD — это сигнал чтения, A — сигналы выбора адреса ячейки (так как отдельные биты в шине адреса могут принимать разные значения, то показаны пути перехода как в единичное, так и в нулевое состояние), D — выходная информация, считанная из выбранной ячейки ПЗУ.
В настоящее время широко распространилось название флешка. Это связано с внешними накопителями, предназначенными для переноски данных с одного компьютера на другой. В составе подобного устройства основной элемент, это FLASH-ПЗУ. Именно в него записывает данные, полученные по USB-интерфейсу контроллер FLASH памяти. Ну, и считывает, конечно. Фотография печатной платы USB флешки без корпуса приведена на рисунке 11.
Рисунок 11. Внутреннее устройство флешки
Именно микроконтроллер формирует сигналы, временные диаграммы которых показаны на рисунке 10, которые необходимы для работы микросхемы FLASH-ПЗУ.
Дата последнего обновления файла 04.08.2020
ПЕРЕПРОШИВКА FLASH И EEPROM
В последнее время, снова как и раньше, мне пришлось частично вернуться к самозанятости по ремонтам электроники. Получив на основном месте работы избыток свободного времени, правда немного в ущерб стабильности дохода, получил взамен хорошую возможность развиваться как мастер-ремонтник. Сотрудничаю параллельно с маленькой мастерской по ремонту электроники, находящейся в проходном месте, как совместитель, плюс выкупаю технику на Авито и Юле, привожу в норму и реализую там же. Через мои руки проходит много материнских плат, блоков питания АТХ, ЖК мониторов и ТВ, и другой электронной техники.
Значительная часть современной техники является цифровой, а следовательно, содержит в своем составе микроконтроллер или процессор управляющий работой устройства. Но все эти устройства должны где-то хранить управляющую программу и настройки техники, выставленные пользователем в меню. Несмотря на то, что микроконтроллеры зачастую имеют встроенную EEPROM память, обычно для хранения настроек используется небольшая по объему отдельная микросхема памяти.
На современной технике обычно эти микросхемы идут в планарном исполнении, типа поверхностный монтаж. Ремонт техники, помимо замены деталей на плате, а иногда и вместе с ними, включает в себя условно программную часть ремонта, перепрошивку данной микросхемы.
Микросхема EEPROM SMD
Зачастую нам даже не приходится браться за паяльник для того чтобы совершить перепрошивку, достаточно просто использовать специальную клипсу для прошивания, подключающуюся к программатору. Но здесь есть один важный нюанс, который касается перепрошивки микросхем 24 и 25 серии, соответственно EEPROM и Flash памяти.
Первая (моя) версия программатора
Flash память 25 серия, часто используется для хранения прошивки BIOS устройств, таких как материнские платы, видеокарты, цифровые приставки, недорогие ЖК ТВ и современные мониторы. Так вот, особенность прошивания микросхем без выпаивания заключается в том, что иногда прошиваемое устройство у нас запитывается по линии 3.3 вольта через клипсу для прошивания. И если материнские платы можно шить обычно без выпаивания микросхемы, за редким исключением, то роутеры, на которых кстати установлена точно такая же микросхема памяти, в большинстве случаев, по крайней мере на современных моделях, таким способом прошить уже проблематично.
Но если будет очень нужно есть один способ про который я читал в интернете: он заключается в двойном запитывании микросхемы BIOS, то есть мы сначала включаем питание устройства и микросхема запитывается штатно от блока питания устройства, а затем подключаем клипсу программатора к прошиваемой микросхеме и подключаем программатор к порту USB.
Способ этот опасен тем, что мы можем коротнуть что-нибудь на плате, не правильно, немного криво прицепив клипсу. Иначе говоря устроить короткое замыкание при подключении клипсы и сжечь как все устройство, так и прошиваемую микросхему, а в особо тяжелом случае может не поздоровиться даже и программатору.
Вторая версия программатора
Про худшее, короткое замыкание в USB порту, с последующим возможным выходом подгоранием Южного моста, я стараюсь не думать. Которое все же очень маловероятно, так как в программаторе используется буферная микросхема и в случае форс-мажора, скорее всего все ограничится только ее сгоранием. Причем даже если вы захотите использовать этот способ, у вас не будет 100 процентной уверенности в правильности сохранения Бекапа прошивки перед перепрошивкой устройства, так как во включенном устройстве на выводах микросхемы в момент сохранения прошивки может быть какая-то активность.
роутер микросхема с прошивкой
Предпочитаю пользоваться другим способом, тогда, когда это реально необходимо, перепрошивкой микросхемы с выпаиванием, то есть уже демонтированной микросхемы и последующим запаиванием обратно. На самом деле при наличии опыта все эти операции можно провести максимум за 30-40 минут.
Но как быть если у вас в мастерской нет паяльного фена? В таком случае сплав Вуда или Розе нанесенный на все ножки, с целью снижения температуры плавления припоя, с обоих сторон микросхемы, и обычный паяльник типа ЭПСН 40 ватт, помогут вам. Микросхема буквально отлетает от платы в два касания паяльника, попеременно прогревая обе стороны микросхемы.
После остается только пройтись оловоотсосом а затем оплеткой по выводам как микросхемы, так и контактных площадок на плате и мы можем спокойно шить микросхему программатором, а затем запаять обратно. Причем если вы занимаетесь ремонтом монитора и если подозрение на слетевшую прошивку — не торопитесь сразу начинать шить микросхему BIOS, для начала можно поискать на спец сайтах дамп EEPROM памяти микросхемы сохранения настроек.
Если же по каким-то причинам сохраненный ранее кем-то дамп найти не удалось, встречал в интернете на специализированных сайтах по ремонту электроники рекомендацию сохранить родной дамп EEPROM памяти, очистить микросхему и затем залить снова родной дамп. Не совсем понятно в чем смысл этой процедуры, но видимо раз люди пишут, это все таки имеет смысл.
Цифровая приставка — микросхема с прошивкой
В самом крайнем случае можно попробовать включить монитор или другую технику просто очистив EEPROM память от старых данных, при включении устройства, в нее, если это было запланировано производителем сохранятся текущие настройки. Если же вы пытаетесь сохранить родной дамп и оболочка для прошивания выдает ошибку, либо при верификации, мы получаем каждый раз несоответствие залитого или сохраненного дампа с дампом прошивки, который загружен в буфер программы оболочки для прошивания, и такая микросхема однозначно требует замены на новую или как минимум проверенную с донора.
Стоимость микросхем EEPROM памяти
Это касается как микросхем Flash, так и EEPROM памяти. Причем микросхемы EEPROM памяти, так как имеют очень небольшой объем, стоят новые в радиомагазине копейки. Большинство микросхем как 24, так и 25 серии, имеющие одинаковые объем и напряжение питания, являются взаимозаменяемыми. То есть теоретически вы можете демонтировать микросхему Flash 25 серии объемом 4 МБ с нерабочего роутера и восстановить с ее помощью цифровую DVB-T2 приставку с микросхемой, например, погоревшей из-за грозы.
Как минимум слет прошивки после грозы на подобных приставках, имеющих внешние ДМВ антенны, которые часто устанавливают в частных домах за городом, там, где прием сигнала не уверенный, очень частое явление.
Подведём итог
В данной статье все нюансы восстановления прошивки устройств разобрать просто не возможно, но могу сказать, что перепрошивка программатором это один из самых легких видов ремонта, не требует вложений в ЗИП, по крайней мере дорогостоящий.
Прошивки мониторов на сайте
И если дамп прошивки есть в открытом доступе на специализированных сайтах, проблема с восстановлением устройства часто бывает решена уже в первый час выполнения ремонта. Причем для выполнения данного вида ремонта не требуется быть опытным мастером — любой человек выполнивший данную операцию хотя бы три-четыре раза будет совершать его в дальнейшем уже машинально, на автоматизме. Всем удачных ремонтов — AKV.
