CN101546294A

CN101546294A - 一种Flash存储器的数据存储方法

Info

Publication number: CN101546294A
Application number: CN200910015022A
Authority: CN
Inventors: 田友强
Original assignee: Hisense Broadband Multimedia Technology Co Ltd
Current assignee: Hisense Broadband Multimedia Technology Co Ltd
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2009-09-30

Abstract

本发明公开了一种Flash存储器的数据存储方法，包括下述步骤：a.将整个Flash存储空间划分为若干个用来存储至少一种类型的数据记录的逻辑分区，每个逻辑分区包括一个或多个连续的物理区块；b.将每条数据记录所占据的存储空间作为一个虚拟扇区，并对每个虚拟扇区设置一个描述所述数据记录的属性的虚拟扇区分配表；c.所述虚拟扇区分配表及与所述虚拟扇区分配表相对应的数据记录依次写入至所述逻辑分区的物理区块中。利用本发明所述的数据存储方法，能够有效地解决现有存储方法中Flash存储空间利用率较低的技术问题。

Description

一种Flash存储器的数据存储方法

技术领域

本发明涉及一种存储器的存储方法，具体地说，是涉及一种Flash存储器的数据存储方法，属于存储器技术领域。

背景技术

Flash作为一种存储介质，在存储领域得到广泛的应用。Flash在物理结构上分成若干个物理区块(Block)，区块之间相互独立，其自身具有以下特性：(1)由于Flash的写操作只能将数据位从1写成0，不能从0写成1，所以在对flash存储器进行写入之前必须先执行擦操作，将预写入的数据位初始化为1，且擦除操作的最小单位是一个区块，而不是单个字节；(2)Flash的擦写寿命有次数限制；(3)Flash在使用过程中，可能导致某些区块的损坏，而区块一旦损坏，将无法进行修复；(4)由于Flash固有的电器特性，在读写数据过程中，偶然会产生一位或几位数据错误，这称为位反转，位反转无法避免，只能通过其他手段对结果进行事后处理；(5)块擦除的时间比较长。

为解决Flash存在的上述问题，目前有一种基于静态虚拟扇区的Flash存储管理方法，其原理如图1所示。整个Flash存储空间分为N个可擦除的Block，每个Block划分为n个更小的虚拟逻辑块VSS，称为虚拟小扇区，每个扇区的大小及存储数据类型根据应用在模块初始化时设定。每个Block前面的一个固定单元作为扇区分配表SAT，用于记录本Block中扇区分配的使用情况。一个SAT中包含有n个SAT单元，每个SAT单元对应一个虚拟小扇区VSS，且每个SAT单元包括有扇区属性及扇区逻辑号VSS ID。在进行数据读写或修改时，以虚拟小扇区的大小为单位。要修改某一扇区的数据时，先读出这个扇区的内容，重新找一个未使用的扇区，把修改后的内容写入这个新扇区。然后，修改原来扇区的属性值为无效，修改新扇区的属性为有效，拷贝虚拟扇区逻辑号到新扇区对应的SAT单元中。这样，当某一个Block中的SAT属性都标为无效时，才对当前Block进行擦写。可见，以虚拟扇区大小为单位的存储管理，对Flash块的擦写次数可大大减少，从而提高了系统性能，延长了Flash的使用寿命。

但是，这种静态存储管理方法存在下述缺陷：1、由于每个虚拟扇区的大小及存储数据类型在模块初始化时已经设定，每个Block只能存储同一种类型的固定长度的数据，当可用的Block个数较少而需要存储的数据类型较多时，或者某种数据类型的数据实际长度变化较大时，或者同一类型的数据比一个Block还大时，则会造成空间的极大浪费，甚至无法将数据写入至Block中；2、没有考虑数据的备份，如果需要进行数据备份，只能再分配同样大小的另一个Block来保存数据，因此，非常浪费存储空间，且备份效率较低；3、由于静态存储方法没有对数据记录和SAT进行有效地校验，导致数据的安全性较差。

发明内容

本发明针对现有技术中Flash存储方法存在的上述缺点和不足，提供了一种Flash存储器的数据存储方法，有效地解决了现有存储方法中Flash存储空间利用率较低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种Flash存储器的数据存储方法，其特征在于，包括下述步骤：

a、将整个Flash存储空间划分为若干个用来存储至少一种类型的数据记录的逻辑分区，每个逻辑分区包括一个或多个连续的物理区块；

b、将每条数据记录所占据的存储空间作为一个虚拟扇区，并对每个虚拟扇区设置一个描述所述数据记录的属性的虚拟扇区分配表；

c、所述虚拟扇区分配表及与所述虚拟扇区分配表相对应的数据记录依次写入至所述逻辑分区的物理区块中。

根据本发明，所述每个虚拟扇区分配表中包括有用来标示与所述虚拟扇区分配表相对应的数据记录的新旧程度的版本号，以及标示所述数据记录的类型的数据类型。

根据本发明，在将虚拟扇区分配表及与所述虚拟扇区分配表相对应的数据记录写入至所述逻辑分区的物理区块中时，若预写入的数据记录与已写入的数据记录的数据类型相同，则将预写入的数据记录所对应的虚拟扇区分配表中的版本号加1。

根据本发明，在所述逻辑分区剩余一块空的物理区块时，对所述逻辑分区中最早写入的物理区块进行数据清理。

根据本发明，在对所述物理区块进行数据清理时，若读取到的数据记录对应的版本号与已写入的同类型数据记录的最大版本号之差大于设定值，则丢弃所读取到的数据记录；否则，将所读取到的数据记录写入至所述空的物理区块中。

所述设定值优选为1，这样，同样类型的数据能够保留至少两个版本号，既尽可能地减少对Flash存储器空间的占用，又能兼顾数据错误时对历史数据进行追溯。

根据本发明，所述每个虚拟扇区分配表中还包括有描述所述数据记录的属性的数据记录长度、数据记录ID号及数据记录校验码。其中，所述数据记录校验码优选为CRC32校验码，所述CRC32校验码的值根据所述数据记录的数据及与所述数据记录相对应的虚拟扇区分配表中的数据计算得到。

根据本发明，所述虚拟扇区分配表中还包括有用于校验所述虚拟扇区分配表中数据正确性的奇偶校验码。

根据本发明，在所述逻辑分区中的每一个物理区块的头部设置有区块标志；所述区块标志包括标示所述物理区块是否格式化的格式化标志，以及标示所述物理区块当前工作状态的状态标志。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

1、根据实际应用动态分配逻辑分区，将逻辑分区中每条数据记录作为读写操作的基本单元，从而能够充分利用Flash的存储空间，也即相当于减少了Flash中Block的擦除次数，从而提高了数据的读写速度，提高了Flash的寿命。

2、通过保存数据记录的版本号实现Flash存储器中数据的备份，有效减少了重复备份不需要备份的数据而占用大量存储器空间的问题，同时提高了数据存储的效率。

3、通过设置校验码对读写数据记录进行校验，提高了Flash数据读写的安全性和可靠性。

附图说明

图1是现有技术中基于静态虚拟扇区的Flash存储管理实现方法的原理图；

图2为本发明所述的Flash存储器数据存储方法一个实施例的流程图；

图3为本发明所述Flash逻辑分区中数据存储位置一个实施例的示意图；

图4和图5为图2中将数据写入至逻辑分区的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

请参阅图2所示的本发明Flash存储器数据存储方法一个实施例的流程图。该实施例所述的数据存储方法按照下述步骤进行：

S101：流程开始。

S102：将Flash存储空间划分为若干个逻辑分区(Logic Partition)，每个逻辑分区包括n个连续的物理区块Block，所述n为大于等于1的自然数。每个逻辑分区可以用来存储一种或者多种数据类型的数据记录。

所述数据记录，就是指一个char型字符串，例如：一条节目信息可以作为一条数据记录；全部的系统配置信息也可以看作一条数据记录。在本发明所述数据存储方法中，Flash存储器以所述数据记录为基本单元进行数据的读写操作。

S103：将每条数据记录所占据的存储空间作为一个虚拟扇区；为了能够确定每个虚拟扇区中存储的数据的相关属性值，对每个虚拟扇区设置一个虚拟扇区分配表SAT。

所述实施例为尽量减少对Flash存储空间的占用，定义所述每个虚拟扇区分配表的长度为96bit，其具体数据结构为：

0～31bit共32bit用来存储CRC校验码，也即CRC32校验码。所述校验码是对数据记录的数据及与其对应的虚拟扇区分配表中的数据一并计算后的校验值，用于校验数据记录的数据及与其对应的虚拟扇区分配表中的数据，确保数据的安全性。

33～48bit共16bit用来存储数据记录的ID号，通过所述数据记录的ID号，能够区分不同的数据记录。

49～55bit共7bit用来存储数据记录的数据类型。

56～79bit共24bit用来存储数据记录长度。

80～95bit共16bit用来存储标示数据记录新旧程度的版本号，每种数据类型的数据记录的版本号从0开始计数。

第32bit用来存储奇偶校验码，所述奇偶校验码用来校验所述虚拟扇区分配表中前63位数据，即版本号、数据记录长度、数据类型及数据记录ID号等数据的正确性。

根据所述数据类型，可以知道所述数据记录的长度、逻辑分区的开始地址等信息，方法如下：根据Flash分区的配置信息，直接可以得到该分区的开始地址、包含的Block个数等信息；根据这些配置信息还可以计算出某一种数据类型对应的分区，检索该分区上存储的虚拟扇区分配表，每个虚拟扇区分配表都对应了数据记录的数据长度，通过累加的方式就能够很容易计算出某个虚拟扇区分配表对应数据记录的存储位置，方便用户读取相应的数据记录。

S104：所述虚拟扇区分配表及与之相对应的数据记录依次写入至所述逻辑分区的物理区块中。

S105：流程结束。

本实施例通过动态分配逻辑分区，将逻辑分区中每条数据记录作为读写操作的基本单元，从而能够充分利用Flash的存储空间；同时，通过保存数据记录的版本号实现Flash存储器中数据的备份，有效减少了重复备份不需要备份数据而占用大量存储器空间的问题，同时提高了数据存储的效率；此外，通过设置校验码对读写数据记录及虚拟扇区分配表中的数据进行校验，提高了Flash数据读写的安全性和可靠性。

此外，本实施例在所述逻辑分区中的每一个物理区块的头部设置有区块标志，即Block标志，用来标示对应Block是否已经格式化以及当前Block的状态。所述Block标志共有16bit，其中，高8bit为格式化标志，低8位为Block状态标志。本实施例定义了Block的四种状态，分别为：(1)格式化完成，尚未写入任何数据；(2)、正在进行数据写入；(3)、数据已写满；(4)、正在进行数据清理。

图3示出了本发明所述Flash逻辑分区中数据存储位置一个实施例的示意图。所述逻辑分区包括有n个Block，每个Block的头部均设置有Block标志。第一个虚拟扇区分配表SAT0接在Block0的Block标志之后写入，与SAT0相对应的数据记录Datarecord0紧接在所述SAT0之后写入；然后依次写入后续的虚拟扇区分配表SAT1及与之对应的数据记录Data record1，直至所述Block0写满，再转至Block1继续写入数据。

图4和图5按顺序构成了图2中将数据写入至Flash存储器的一个逻辑分区的流程图，图5是图4所示流程的延续。以所述逻辑分区包含有n个Block为例，所述n个Block分别为Block0、Block1、...Blockn-1，下面详细介绍将数据写入至所述逻辑分区的过程：

S201：流程开始。

S202：首先格式化所述逻辑分区，在所述逻辑分区中的每个Block头部写入相应的区块标志，区块标志中的状态标志为“格式化完成，尚未写入任何数据”。

S203：选择逻辑分区中的一个Block为当前Block，改变所述Block的区块标志中的状态标志为“正在进行数据写入”。例如，选择第一个Block，即Block0作为当前Block。

S204：依次写入虚拟扇区分配表及与其相对应的数据记录至当前Block中。

S205：判定预写入的数据记录与已写入的数据记录类型是否相同。若类型相同，执行步骤S206；否则，转至步骤S207。

S206：将预写入的数据记录对应的虚拟扇区分配表的版本号加1。

S207：在写入数据的过程中，判定当前Block的剩余空间是否不足。若当前Block剩余空间不足以写入新的虚拟扇区分配表及数据记录，则转至步骤S208；如果当前Rlock剩余空间还足够存储数据，则转至步骤S204，继续将新的虚拟扇区分配表及数据记录写入至当前Block中。

S208：在当前Block剩余空间不足时，首先判断所述逻辑分区中是否只剩余一块空Block。若只剩余一块空Block，需要进行Block的数据清理过程，执行步骤S211；若所述逻辑分区中剩余的空Block多于一块，则执行步骤S209，将数据写入至下一个Block中。

S209：将当前剩余空间不足的Block区块标志中的状态标志设置为“数据已写满”，然后转入下一个Block。例如，若当前Block为Block0，则转入至Block1。

S210：将所转入的下一个Block、如Block1作为当前Block，并改变其区块标志中的状态标志为“正在进行数据写入”，然后转至步骤S204，执行数据写入过程。

S211：在所述逻辑分区只剩余一块空Block，例如，只剩余一块空的Blockn-1时，对最早写入的Block、即Block0进行数据清理。

S212：首先改变所述最早写入的Block的区块标志中的状态标志为“正在进行数据清理”。

S213：从所述最早写入的Block中依次读取数据。

S214：将读取到的数据记录的版本号与已写入的同类型数据记录的最大版本号进行比较，判断两者相差是否大于1。若两者之差大于1，执行步骤S215；否则执行步骤S216。

S215：丢弃所读取到的数据记录，然后转至步骤S217。如果所读到的数据的版本号与已写入的同类型数据记录的最大版本号相差大于1，说明所读到的数据已经比较旧，而在存储空间中还存在两个以上版本的比较新的数据记录，因此将较旧的数据记录丢弃掉，以尽量节省存储器的存储空间。

S216：在读取到的数据记录与已写入的同类型数据记录的最大版本号相差不大于1时，说明读取的数据记录是版本号比较高、数据比较新的数据记录，则将所读取到的数据记录写入至空的Block中；然后转至步骤S217。

S217：判断最早写入的Block数据是否清理完毕。若已清理完毕，执行步骤S218；否则转至步骤S213，继续进行数据的读取。

S218：在最早写入的Block数据清理完毕后，将其格式化，并改变其区块标志中的状态标志为“格式化完成，尚未写入任何数据”。

S219：流程结束。

在所述流程中，在写入一个新块前、一个块写满后、擦除一个块后及对一个块清理前都需要重新写入相应块的区块标志中的状态标志，目的是在突然断电等异常事件发生后，仍然能够知道每个块的工作状态。

上述过程是描述了在一个完整逻辑分区中写入数据及清理一个Block的过程。当然，在执行完步骤S218的清理并格式化Block之后，可以继续按照数据写入的步骤向有足够存储空间的Block中写入数据，并且在只剩余一块空Block时，再对最早写入的Block进行清理。例如，将Block0中的有效数据写入至Blockn-1中、格式化Block1之后，继续向Blockn-1中写入数据，此时Block0为一块空的Block；在Blockn-1数据写满时，开始清理Block1中的数据，并将清理后的有效数据写入至空的Block0中。如此往复，实现对Flash存储器一个逻辑分区持续的数据存储过程。

当然，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式而已，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1、一种Flash存储器的数据存储方法，其特征在于，包括下述步骤：

2、根据权利要求1所述的数据存储方法，其特征在于，所述每个虚拟扇区分配表中包括有用来标示与所述虚拟扇区分配表相对应的数据记录的新旧程度的版本号以及标示所述数据记录的类型的数据类型。

3、根据权利要求2所述的数据存储方法，其特征在于，在将虚拟扇区分配表及与所述虚拟扇区分配表相对应的数据记录写入至所述逻辑分区的物理区块中时，若预写入的数据记录与已写入的数据记录的数据类型相同，则将预写入的数据记录所对应的虚拟扇区分配表中的版本号加1。

4、根据权利要求3所述的数据存储方法，其特征在于，在所述逻辑分区剩余一块空的物理区块时，对所述逻辑分区中最早写入的物理区块进行数据清理。

5、根据权利要求4所述的数据存储方法，其特征在于，在对所述物理区块进行数据清理时，若读取到的数据记录对应的版本号与已写入的同类型数据记录的最大版本号之差大于设定值，则丢弃所读取到的数据记录；否则，将所读取到的数据记录写入至所述空的物理区块中。

6、根据权利要求5所述的数据存储方法，其特征在于，所述设定值为1。

7、根据权利要求2所述的数据存储方法，其特征在于，所述每个虚拟扇区分配表中还包括有描述所述数据记录的属性的数据记录长度、数据记录ID号及数据记录校验码。

8、根据权利要求7所述的数据存储方法，其特征在于，所述数据记录校验码为CRC32校验码；所述CRC32校验码的值根据所述数据记录的数据及与所述数据记录相对应的虚拟扇区分配表中的数据计算得到。

9、根据权利要求8所述的数据存储方法，其特征在于，所述虚拟扇区分配表中还包括有用于校验所述虚拟扇区分配表中数据正确性的奇偶校验码。

10、根据权利要求1至9中任一项所述的数据存储方法，其特征在于，在所述逻辑分区中的每一个物理区块的头部设置有区块标志；所述区块标志包括标示所述物理区块是否格式化的格式化标志，以及标示所述物理区块当前工作状态的状态标志。