專利名稱：一種利用MCU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash存儲非易失性數(shù)據(jù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是ー種利用MCU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash存儲非易失性數(shù)據(jù)的方法。
背景技術(shù)：
在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中，經(jīng)常需要存儲ー些非易失性的數(shù)據(jù)，如果采用支持對字節(jié)讀寫的EEPROM實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，操作起來和RAM —樣簡單方便，但同時會在大批量產(chǎn)品的生產(chǎn)中帶來成本問題和維護(hù)問題。在有數(shù)據(jù)Flash的MCU中，采用數(shù)據(jù)Flash代替EEPROM實現(xiàn)非易失性的存儲，便可以節(jié)約成本且無需維護(hù)。用Flash存儲數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)方式是為每個數(shù)據(jù)分配固定的存儲地址，由于Flash在進(jìn)行寫操作時需要先擦除數(shù)據(jù)所在的整個扇區(qū)，對ー個數(shù)據(jù)進(jìn)行寫操作便會造成對扇區(qū)內(nèi)其他數(shù)據(jù)的擦除，由于擦除操作耗時較長，不僅效率低，影響嵌入式系統(tǒng)的實時性，而且為了避免丟失其他數(shù)據(jù)需要相當(dāng)復(fù)雜的處理，對MCU的RAM空間也有一定的要求。如果寫入數(shù)據(jù)失敗，會造成所寫入數(shù)據(jù)的丟失，如果在擦除扇區(qū)后發(fā)生掉電，便會造成扇區(qū)內(nèi)所有數(shù)據(jù)的丟失。不僅如此，由于每次寫入操作都需要先擦除扇區(qū)，以擦除次數(shù)表征的Flash使用壽命也無法滿足產(chǎn)品生命周期的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決上述問題，提供ー種利用MCU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash存儲非易失性數(shù)據(jù)的方法，它不僅操作方便，應(yīng)用接ロ簡單，而且可以盡量避免扇區(qū)擦除操作，提高存儲效率，同時提高M(jìn)CU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash的使用壽命。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
ー種利用MCU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash存儲非易失性數(shù)據(jù)的方法，將所有非易失性數(shù)據(jù)條目組織在ー個分區(qū)中，將數(shù)據(jù)Flash的若干扇區(qū)劃分為多個數(shù)據(jù)分區(qū)，不同數(shù)據(jù)分區(qū)存儲數(shù)據(jù)在不同歷史時間的拷貝；當(dāng)前數(shù)據(jù)分區(qū)存儲最新的數(shù)據(jù)拷貝；在數(shù)據(jù)讀操作進(jìn)行時，計算最新數(shù)據(jù)拷貝的Flash存儲位置，直接讀取該地址；在數(shù)據(jù)寫操作進(jìn)行時，判斷數(shù)據(jù)寫入位置是否已經(jīng)被擦除，如果寫入位置未擦除，進(jìn)行分區(qū)拷貝操作，即將數(shù)據(jù)寫入下ー個分區(qū)，同時將當(dāng)前分區(qū)中的其他數(shù)據(jù)依次復(fù)制到下ー個分區(qū)；如果寫入位置已經(jīng)擦除，直接將數(shù)據(jù)寫入當(dāng)前分區(qū)中，其他數(shù)據(jù)保持不變。本發(fā)明數(shù)據(jù)分區(qū)的存儲結(jié)構(gòu)為分區(qū)狀態(tài)字+data id 1+data 1+data id 2+data2···，每個數(shù)據(jù)都可以很方便地進(jìn)行尋址。按照存儲歷史時間，數(shù)據(jù)均勻地存儲在多個數(shù)據(jù)分區(qū)上，而不是固定的存儲地址，單個數(shù)據(jù)的頻繁存儲操作不會造成對固定扇區(qū)的反復(fù)擦除，這樣便可以提高Flash的使用壽命，以滿足產(chǎn)品生命周期的要求。所述數(shù)據(jù)分區(qū)大小和個數(shù)取值均為2的冪次方，且分區(qū)個數(shù)不大于256，分區(qū)大小、*分區(qū)個數(shù)等于扇區(qū)大小*扇區(qū)個數(shù)。扇區(qū)個數(shù)至少為2，這樣當(dāng)存在分區(qū)拷貝操作需要擦除分區(qū)所在的扇區(qū)時，仍能保留至少ー個扇區(qū)的歷史數(shù)據(jù)，這樣可以避免分區(qū)拷貝操作期間發(fā)生掉電而造成所有數(shù)據(jù)的丟失，以滿足實現(xiàn)掉電恢復(fù)功能的需要。所述數(shù)據(jù)分區(qū)設(shè)置有狀態(tài)字，大小為單字節(jié)，位置在分區(qū)起始地址，標(biāo)識分區(qū)數(shù)據(jù)的存儲歷史時間，最新數(shù)據(jù)分區(qū)狀態(tài)字代表的分區(qū)為最新數(shù)據(jù)分區(qū)。數(shù)據(jù)分區(qū)狀態(tài)字在分區(qū)擦除后執(zhí)行完第一次寫操作后更新， 之后本分區(qū)內(nèi)的寫操作不影響分區(qū)狀態(tài)字。當(dāng)發(fā)生分區(qū)拷貝時，最新數(shù)據(jù)分區(qū)狀態(tài)字遞增且不等于Oxff，當(dāng)遞增到Oxff時，設(shè)置狀態(tài)字為O。通過在寫操作完成后進(jìn)行分區(qū)狀態(tài)字的更新，保證了即使在分區(qū)拷貝期間發(fā)生掉電，上電時查找到的最新數(shù)據(jù)仍為掉電之前備份的那個分區(qū)，這樣便實現(xiàn)了掉電恢復(fù)功能。當(dāng)存在取值為O的分區(qū)狀態(tài)字吋，小于分區(qū)數(shù)的最大狀態(tài)字代表的分區(qū)為最新數(shù)據(jù)分區(qū)，當(dāng)不存在取值為O的分區(qū)狀態(tài)字時，最大狀態(tài)字代表的分區(qū)為最新數(shù)據(jù)分區(qū)。將所有非易失性數(shù)據(jù)條目組織在ー個分區(qū)中是指數(shù)據(jù)分區(qū)中數(shù)據(jù)條目的組織是以固定序列的形式進(jìn)行的，每個數(shù)據(jù)條目都有固定的偏移地址，數(shù)據(jù)條目地址=分區(qū)起始地址+偏移地址。所述的數(shù)據(jù)條目格式為data id+data, data id,它為單字節(jié)大小，卩隹ー標(biāo)識該數(shù)據(jù)，data為數(shù)據(jù)內(nèi)容，長度由所表示的含義決定。所述數(shù)據(jù)條目中的data id，其取值區(qū)間為
的整型數(shù)據(jù)，不僅唯一標(biāo)識數(shù)據(jù)，同時將其地址作為數(shù)據(jù)條目狀態(tài)字的存儲地址。由于Flash擦除后其數(shù)據(jù)為Oxff，通過限定data id的取值范圍不等于255即Oxff，則可以用于判斷該數(shù)據(jù)條目在當(dāng)前分區(qū)中的地址是否已經(jīng)被擦除。所述數(shù)據(jù)寫入位置是否已經(jīng)被擦除是通過數(shù)據(jù)條目中的數(shù)據(jù)狀態(tài)字進(jìn)行判斷的，首先讀取該數(shù)據(jù)條目的狀態(tài)字，如果狀態(tài)字等于Oxff，則數(shù)據(jù)寫入地址已經(jīng)被擦除，可以進(jìn)行寫操作，如果不等于OxfT，則數(shù)據(jù)寫入地址未被擦除，不能直接進(jìn)行寫操作。通過為每個數(shù)據(jù)建立專屬的狀態(tài)字表示該數(shù)據(jù)在當(dāng)前分區(qū)的存儲位置是否已擦除，保證了各個數(shù)據(jù)的存儲操作互不影響，不會毎次只要有數(shù)據(jù)的寫操作都會造成所有的數(shù)據(jù)在分區(qū)之間的搬移，不僅提高了寫操作的效率，而且會進(jìn)ー步提高Flash的使用壽命。本發(fā)明是通過在MCU數(shù)據(jù)Flash上建立多個數(shù)據(jù)分區(qū)，存儲數(shù)據(jù)的多個拷貝，避免對Flash固定地址的反復(fù)擦除，提高Flash的使用壽命。同時通過數(shù)據(jù)讀寫方法的設(shè)計和數(shù)據(jù)分區(qū)的管理，避免對Flash扇區(qū)的不必要擦除，并最終實現(xiàn)和EEPROM讀寫很類似的應(yīng)用接ロ。本發(fā)明的有益效果是
I、對于需要進(jìn)行多個獨立數(shù)據(jù)存儲的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，通過建立數(shù)據(jù)分區(qū)這樣ー種存儲結(jié)構(gòu)，使得對某個數(shù)據(jù)的尋址非常簡單。2、對于單個數(shù)據(jù)的頻繁存儲操作，因為數(shù)據(jù)可以存儲在多個數(shù)據(jù)分區(qū)上，而不是固定的存儲地址，所以不會每次存儲操作都造成對固定扇區(qū)的擦除，這樣便可以提高Flash的使用壽命，以滿足產(chǎn)品生命周期的要求。3、其次，為每個數(shù)據(jù)都建立了狀態(tài)字來表示是否已經(jīng)在當(dāng)前分區(qū)上進(jìn)行了存儲操作，這樣數(shù)據(jù)I的存儲操作不會影響數(shù)據(jù)2的存儲，數(shù)據(jù)2仍然能夠在當(dāng)前分區(qū)上進(jìn)行存儲，而不會毎次只要有數(shù)據(jù)的寫操作都會造成所有的數(shù)據(jù)在分區(qū)之間的搬移，這樣不僅提高了寫操作的效率，而且會進(jìn)ー步提高Flash的使用壽命。4、掉電保護(hù)。通過分區(qū)狀態(tài)字表明數(shù)據(jù)分區(qū)的歷史時間，而且狀態(tài)字更新是在數(shù)據(jù)存儲操作完成后進(jìn)行，這樣如果發(fā)生了掉電，上電時查找到的最新數(shù)據(jù)是掉電之前備份的那個分區(qū)。5、不僅操作方便，應(yīng)用接ロ簡單，而且可以盡量避免扇區(qū)擦除操作，提高存儲效率，同時提高M(jìn)CU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash的使用壽命。


圖I為本發(fā)明方法的軟件設(shè)計流程 圖2為采用本發(fā)明方法進(jìn)行寫操作的流程 圖3為采用本發(fā)明方法進(jìn)行掉電恢復(fù)操作的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進(jìn)ー步說明。圖I中，本發(fā)明首先根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用需求和MCU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash的扇區(qū)大小，合理設(shè)置數(shù)據(jù)分區(qū)大小和個數(shù)，其取值均為2的η次冪，分區(qū)以0，I, 2…進(jìn)行編號，個數(shù)不大于256。分區(qū)大小和個數(shù)的設(shè)置和數(shù)據(jù)Flash的扇區(qū)長度匹配起來，即分區(qū)大小*分區(qū)個數(shù)=扇區(qū)大小*扇區(qū)個數(shù)。在每個數(shù)據(jù)分區(qū)的起始地址設(shè)置分區(qū)狀態(tài)字，反映數(shù)據(jù)分區(qū)的存儲歷史時間，在分區(qū)擦除后的第一次寫操作完成后更新。更新算法見數(shù)據(jù)的寫操作流程。然后設(shè)置數(shù)據(jù)條目的格式為data id+data, data id取值區(qū)間為0，254,為姆個數(shù)據(jù)條目的data id和data分配偏移地址，建立數(shù)據(jù)序列，組織數(shù)據(jù)分區(qū)，數(shù)據(jù)分區(qū)的格式為
分區(qū)狀態(tài)字+data id 1+data 1+data id 2+data 2···,將數(shù)據(jù)條目的data id存儲地址同時做為數(shù)據(jù)狀態(tài)字的存儲地址，在寫操作時通過數(shù)據(jù)狀態(tài)字判斷該數(shù)據(jù)條目地址是否執(zhí)行過擦除操作，從而避免不必要的分區(qū)拷貝和扇區(qū)擦除操作。降低數(shù)據(jù)寫操作代價，也可以進(jìn)ー步提高M(jìn)CU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash的使用壽命。數(shù)據(jù)的讀取操作在最新數(shù)據(jù)分區(qū)上進(jìn)行，首先通過數(shù)據(jù)條目的data id進(jìn)行偏移地址查表，然后進(jìn)行地址計算，計算公式如下
地址=0號分區(qū)首地址+ (最新數(shù)據(jù)分區(qū)號*分區(qū)大小)+偏移地址；和EEPROM的讀取方式一祥，直接讀取該地址便可以得到數(shù)據(jù)。讀取操作不會改變最新數(shù)據(jù)分區(qū)。圖2中數(shù)據(jù)的寫操作流程如下
首先讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)字，判斷該數(shù)據(jù)在當(dāng)前最新數(shù)據(jù)分區(qū)的寫入地址是否已經(jīng)被擦除，如果數(shù)據(jù)狀態(tài)字等于Oxff，表明寫入地址已經(jīng)被擦除，按照Flash的寫操作命令序列在data id地址處寫入data id,在data地址處寫入data。如果數(shù)據(jù)狀態(tài)字不等于Oxff,表明寫入地址未被擦除，需要進(jìn)行分區(qū)拷貝操作。寫操作完成后更新最新分區(qū)狀態(tài)字。下面結(jié)合附圖2說明ー下分區(qū)拷貝操作和最新分區(qū)狀態(tài)字更新算法。分區(qū)拷貝操作
首先備份當(dāng)前最新分區(qū)狀態(tài)字和最新數(shù)據(jù)分區(qū)編號，同時最新數(shù)據(jù)分區(qū)編號++，如果最新數(shù)據(jù)分區(qū)號等于分區(qū)個數(shù)，設(shè)置最新數(shù)據(jù)分區(qū)號為O。查看最新數(shù)據(jù)分區(qū)首地址是否是Flash扇區(qū)首地址，如果是，首先擦除這個扇區(qū)，然后按照Flash的寫操作命令序列在當(dāng)前最新數(shù)據(jù)分區(qū)的data id地址處寫入data id，在data地址處寫入data，然后將備份數(shù)據(jù)分區(qū)內(nèi)的其他數(shù)據(jù)復(fù)制到當(dāng)前最新數(shù)據(jù)分區(qū)中。最新分區(qū)狀態(tài)字更新算法判斷所備份最新分區(qū)狀態(tài)字是否等于Oxfe，如果等于Oxfe,設(shè) 置最新分區(qū)狀態(tài)字為0，否則最新分區(qū)狀態(tài)字++，然后將最新分區(qū)狀態(tài)字寫入當(dāng)前最新數(shù)據(jù)分區(qū)狀態(tài)字地址。如果嵌入式系統(tǒng)在寫操作期間掉電，由于在發(fā)生掉電時最新數(shù)據(jù)分區(qū)狀態(tài)字還沒有更新，再次上電時查找到的最新數(shù)據(jù)分區(qū)仍然是寫操作進(jìn)行前的那個數(shù)據(jù)分區(qū)，通過在寫入操作完成后更新狀態(tài)字的方式保證了即使發(fā)生了掉電，數(shù)據(jù)仍能恢復(fù)為原來的數(shù)據(jù)分區(qū)中的數(shù)據(jù)。上電時通過分區(qū)狀態(tài)字查找最新數(shù)據(jù)分區(qū)的算法如下
當(dāng)存在取值為O的分區(qū)狀態(tài)字時，小于分區(qū)數(shù)的最大狀態(tài)字代表的分區(qū)為最新數(shù)據(jù)分
區(qū)；
當(dāng)不存在取值為O的分區(qū)狀態(tài)字時，最大狀態(tài)字代表的分區(qū)為最新數(shù)據(jù)分區(qū)；該算法實現(xiàn)流程如附圖3所示，上電后經(jīng)過該算法處理后，可以得到最新數(shù)據(jù)分區(qū)編號和最新數(shù)據(jù)分區(qū)狀態(tài)字。
權(quán)利要求
1.ー種利用MCU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash存儲非易失性數(shù)據(jù)的方法，其特征在于將所有非易失性數(shù)據(jù)條目組織在ー個分區(qū)中，將數(shù)據(jù)Flash的若干扇區(qū)劃分為多個數(shù)據(jù)分區(qū)，不同數(shù)據(jù)分區(qū)存儲數(shù)據(jù)在不同歷史時間的拷貝；當(dāng)前數(shù)據(jù)分區(qū)存儲最新的數(shù)據(jù)拷貝；在數(shù)據(jù)讀操作進(jìn)行吋，計算最新數(shù)據(jù)拷貝的Flash存儲位置，直接讀取該地址；在數(shù)據(jù)寫操作進(jìn)行吋，判斷數(shù)據(jù)寫入位置是否已經(jīng)被擦除，如果寫入位置未擦除，將數(shù)據(jù)寫入下ー個分區(qū)，同時將當(dāng)前分區(qū)中的其他數(shù)據(jù)復(fù)制到下ー個分區(qū)；如果寫入位置已經(jīng)擦除，直接將數(shù)據(jù)寫入當(dāng)前分區(qū)中。
2.如權(quán)利要求I所述的利用MCU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash存儲非易失性數(shù)據(jù)的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)分區(qū)大小和個數(shù)取值均為2的冪次方，且分區(qū)個數(shù)不大于256，分區(qū)大小*分區(qū)個數(shù)等于扇區(qū)大小*扇區(qū)個數(shù)，扇區(qū)個數(shù)至少為2，以滿足實現(xiàn)掉電恢復(fù)功能的需要。
3.如權(quán)利要求I所述的利用MCU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash存儲非易失性數(shù)據(jù)的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)分區(qū)設(shè)置有狀態(tài)字，大小為單字節(jié)，位置在分區(qū)起始地址，標(biāo)識分區(qū)數(shù)據(jù)的存儲歷史時間；數(shù)據(jù)分區(qū)狀態(tài)字在毎次分區(qū)擦除后執(zhí)行的第一次寫入操作后更新，依次遞增且不等于Oxff，當(dāng)遞增到Oxff吋，設(shè)置狀態(tài)字為O。
4.如權(quán)利要求3所述的利用MCU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash存儲非易失性數(shù)據(jù)的方法，其特征在于當(dāng)存在取值為O的分區(qū)狀態(tài)字時，小于分區(qū)數(shù)的最大狀態(tài)字代表的分區(qū)為最新數(shù)據(jù)分區(qū)，當(dāng)不存在取值為O的分區(qū)狀態(tài)字時，最大狀態(tài)字代表的分區(qū)為最新數(shù)據(jù)分區(qū)。
5.如權(quán)利要求I所述的利用MCU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash存儲非易失性數(shù)據(jù)的方法，其特征在于將所有非易失性數(shù)據(jù)條目組織在ー個分區(qū)中是指數(shù)據(jù)分區(qū)中數(shù)據(jù)條目的組織是以固定序列的形式進(jìn)行的，每個數(shù)據(jù)條目都有固定的偏移地址，數(shù)據(jù)條目地址=分區(qū)起始地址+偏移地址。
6.如權(quán)利要求I或5所述的利用MCU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash存儲非易失性數(shù)據(jù)的方法，其特征在于所述的數(shù)據(jù)條目格式為data id+data, data id,它為單字節(jié)大小，卩隹ー標(biāo)識該數(shù)據(jù)，data為數(shù)據(jù)內(nèi)容，長度由所表示的含義決定。
7.如權(quán)利要求6所述的利用MCU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash存儲非易失性數(shù)據(jù)的方法，其特征在干所述數(shù)據(jù)條目中的data id，其取值區(qū)間為
的整型數(shù)據(jù)，不僅標(biāo)識數(shù)據(jù)，同時其地址做為數(shù)據(jù)條目的狀態(tài)字存儲地址，表示該數(shù)據(jù)條目在當(dāng)前分區(qū)中的地址是否已經(jīng)被擦除。
8.如權(quán)利要求I所述的利用MCU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash存儲非易失性數(shù)據(jù)的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)寫入位置是否已經(jīng)被擦除是通過數(shù)據(jù)條目中的數(shù)據(jù)狀態(tài)字進(jìn)行判斷的，首先讀取該數(shù)據(jù)條目的狀態(tài)字，如果狀態(tài)字等于OxfT，則數(shù)據(jù)寫入地址已經(jīng)被擦除，如果不等于Oxff，則數(shù)據(jù)寫入地址未被擦除。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用MCU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash存儲非易失性數(shù)據(jù)的方法，不僅操作方便，應(yīng)用接口簡單，而且可以盡量避免扇區(qū)擦除操作，提高存儲效率，同時提高M(jìn)CU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash的使用壽命。它將所有非易失性數(shù)據(jù)條目組織在一個分區(qū)中，將數(shù)據(jù)Flash的若干扇區(qū)劃分為多個數(shù)據(jù)分區(qū)，不同數(shù)據(jù)分區(qū)存儲數(shù)據(jù)在不同歷史時間的拷貝；當(dāng)前數(shù)據(jù)分區(qū)存儲最新的數(shù)據(jù)拷貝；在數(shù)據(jù)讀操作進(jìn)行時，計算最新數(shù)據(jù)拷貝的Flash存儲位置，直接讀取該地址；在數(shù)據(jù)寫操作進(jìn)行時，判斷數(shù)據(jù)寫入位置是否已經(jīng)被擦除，如果寫入位置未擦除，將數(shù)據(jù)寫入下一個分區(qū)，同時將當(dāng)前分區(qū)中的其他數(shù)據(jù)復(fù)制到下一個分區(qū)；如果寫入位置已經(jīng)擦除，直接將數(shù)據(jù)寫入當(dāng)前分區(qū)中。
文檔編號G06F12/06GK102662852SQ20121007445
公開日2012年9月12日 申請日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者劉源楊, 李研強, 王知學(xué), 馬建輝 申請人:山東省科學(xué)院自動化研究所