CN101833483A - 嵌入式电子装置及数据储存方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及嵌入式电子装置及数据储存方法。具体地，一种嵌入式电子装置，包括：一快闪存储器，其包含多个存储器区块；及一处理器，其执行一奇偶校验过程，计算一操作系统数据的一奇偶校验码数据，以作为该操作系统数据的备份，并将该操作系统数据及该奇偶校验码数据储存于该快闪存储器中的这些存储器区块中。本发明可以避免当快闪存储器中储存操作系统的区域有坏区块，而烧录器又无法处理这个坏区块时，烧录器无法正确的将操作系统数据写入快闪存储器中的问题，从而无需耗费时间通过计算机端的USB将数据重新覆写入装置的快闪存储器来避开损坏的区域。

Description

嵌入式电子装置及数据储存方法

技术领域

本发明涉及一种具有容错能力的NAND快闪存储器(Flash)数据储存方式。

背景技术

目前嵌入式系统的存储器架构，通常是使用只读存储器加上随机访问存储器(ROM+RAM)的架构。其中，随机访问存储器因为读写速度快，所以用于操作系统或程序执行时所需的存储器空间及部分的数据储存空间，但这种存储器当断电后数据就会遗失，因此必须再使用只读存储器来储存整个操作系统及重要的数据。而只读存储器主要是使用NAND或NOR快闪存储器来当作储存的设备，就如同计算机中的硬盘。

就NAND快闪存储器而言，其中嵌入式系统存放于快闪存储器中的数据主要可分为三个部分：

1.启动程序代码数据(Nboot)

2.操作系统数据(OS)

3.储存空间(Free Space)

当系统启动时，中央处理单元(CPU)会从快闪存储器读取Nboot载入到CPU中的RAM执行，Nboot就如同计算机中的BIOS，会对整个装置做一些初始化的动作并将OS由快闪存储器读出并载入到RAM中执行来完成整个开机的动作。

然而，现有技术有如下述的缺失。当一台嵌入式系统装置生产出来后，快闪存储器中就必须要有Nboot、OS的数据，而这些数据第一次必须使用JTAG或外部的烧录器来将这些数据写入快闪存储器中，由于由JTAG写入相当耗时，因此通常会使用外部烧录器预先将这些系统数据写入快闪存储器中。而快闪存储器有个最大的缺点就是除了第一个区块(Block 0)外，其他部分厂商不能保证100％没有坏区块(Bad Block)，因此当快闪存储器中储存操作系统(OS)的区域有坏区块，而烧录器又无法处理这个坏区块时，就会导致烧录器无法正确的将操作系统数据写入快闪存储器中。当这个状况发生时，操作系统就会因为数据的损坏而无法正常地启动，导致必须耗费一些时间通过计算机端的USB将数据重新覆写入装置的快闪存储器来避开损坏的区域。

因此需要一种方法来克服上述的问题。

发明内容

本发明提供一种嵌入式电子装置，包括：一快闪存储器，其包含多个存储器区块；及一处理器，其执行一奇偶校验过程(process)，计算一操作系统数据的一奇偶校验码数据，以作为该操作系统数据的备份，并将该操作系统数据及该奇偶校验码数据储存于该快闪存储器中的这些存储器区块中。

具体地，提供一种嵌入式电子装置，包括：一快闪存储器，包括多个存储器区块；以及一处理器，将一操作系统数据划分为多个数据区块组，每一所述数据区块组包括至少一数据区块，所述数据区块中包含的数据量为所述存储器区块的数据储存量，并针对每一个所述数据区块组中的所述数据区块执行一奇偶校验过程，以产生对应于所述数据区块的一奇偶校验码数据作为所述操作系统数据的备份，并将所述操作系统数据及所述奇偶校验码数据储存于所述快闪存储器中的所述这些存储器区块中。

本发明还提供一种数据储存方法，其适用于一具有快闪存储器的嵌入式电子系统，该方法包括：提供一操作系统数据；执行一奇偶校验过程，计算该操作系统数据的奇偶校验码数据，以作为该操作系统数据的备份；将该操作系统数据及该奇偶校验码数据储存于该快闪存储器中的一存储器区块中。

具体地，提供一种数据储存方法，适用于一具有快闪存储器的嵌入式电子系统，所述快闪存储器包括多个存储器区块，所述数据储存方法包括：提供一操作系统数据，所述操作系统数据包括多个数据区块组，每一所述数据区块组包括至少一数据区块，所述数据区块中包含的数据量为所述存储器区块的数据储存量；针对每一个所述数据区块组中的所述数据区块执行一奇偶校验过程，计算所述操作系统数据的奇偶校验码数据，以作为所述操作系统数据的备份；将所述操作系统数据及所述奇偶校验码数据储存于所述快闪存储器中。

本发明可以避免当快闪存储器中储存操作系统的区域有坏区块，而烧录器又无法处理这个坏区块时，烧录器无法正确的将操作系统数据写入快闪存储器中的问题，从而无需耗费时间通过计算机端的USB将数据重新覆写入装置的快闪存储器来避开损坏的区域。

附图说明

图1显示本实施例的系统方框图。

图2显示图1中快闪存储器的数据储存架构示意图。

图3显示快闪存储器的数据存放配置。

图4显示依据本发明实施例的方法流程图。

图5显示快闪存储器的数据存放配置。

图6显示操作系统数据和其奇偶校验码的对应储存关系。

图7显示依据本发明实施例使用备份还原操作系统数据的方法流程图。

图8显示以备份数据还原操作系统数据的对应关系。

图9显示依据本发明另一实施例使用备份还原操作系统数据的方法流程图。

主要组件符号说明：

系统10

中央处理单元(CPU)11

存储器15

快闪存储器151

随机访问存储器153

快闪存储器20

区块0(200)

区块1(201)

区块2(202)

区块3(203)

区块4(204)

快闪存储器30

启动数据区域301

操作系统数据区域302

可用储存空间303

S401提供操作系统数据

S403执行奇偶校验过程，计算操作系统数据的奇偶校验码

S405将计算得到的奇偶校验码储存于快闪存储器中

快闪存储器50

启动数据区域501

操作系统数据区域502

操作系统备份区域504

可用储存空间505

操作系统数据区域602

操作系统备份区域604

S701执行启动数据

S703读取并判断操作系统数据区域是否有损坏

S705读取对应于损毁的操作系统数据的奇偶校验码，并据以计算出损坏的区块中的数据

S707将还原的操作系统数据载入随机访问存储器中

S709是否操作系统数据已完全读取

S711执行已载入随机访问存储器中的操作系统数据

操作系统数据区域802

操作系统备份区域804

S901读取并判断快闪存储器中储存操作系统数据的区块是否有损坏

S905读取对应于损毁的操作系统数据的奇偶校验码，并据以计算出损坏的区块中的数据

S907将正确的操作系统数据载入随机访问存储器中

S909是否操作系统数据已完全读取

S911将已载入的随机访问存储器中的操作系统数据写入未损坏的快闪存储器中

S913删除备份数据

具体实施方式

以下参照附图，说明本申请的实施例。在本实施例中，是使用奇偶校验(Parity Check)的方法来产生操作系统数据的奇偶校验码，该奇偶校验码可以作为用来还原储存在损坏区块的数据的备份数据，利用这个备份数据将快闪存储器中有损坏的操作系统数据还原并载入RAM中来成功启动系统。

图1显示本实施例的系统方框图。系统10可以为任何嵌入式系统，依据其功能与特性，各种不同的嵌入式系统包含各种的组件，与本申请主要相关的组件包括：中央处理单元(CPU)11、及存储器15。其中存储器15包括快闪存储器151及随机访问存储器153。在此，快闪存储器151为NAND快闪存储器。

图2显示图1中快闪存储器的数据储存架构示意图。在本实施例中，使用NAND快闪存储器。快闪存储器通常以区块(Block)为储存的单位，每颗不同容量的快闪存储器定义的区块大小会不一样。如图2所示，快闪存储器20包括区块0(200)、区块1(201)、区块2(202)、区块3(203)、区块4(204)到区块n等多个存储器区块。

图3显示快闪存储器的数据存放配置。如图3所示，在快闪存储器30中，一般存放系统数据时会由第0个区块开始依序往后存放。区块0为整个快闪存储器30中最前面的区块，是主要用来存放启动数据(NBoot)的启动数据区域301，接下来依序为存放操作系统数据(OS)的操作系统数据区域302，而剩下的空间就会当成可用储存空间(Free Space)303供使用者使用。

一般而言，仅有存放于第0区块的NBoot(亦即，启动数据区域301)，厂商会保证这个启动数据区域301是无损坏的。至于其他区块(非第0区块的区域)的操作系统数据区域302就会有损坏的可能性。

图4显示依据本发明实施例的方法流程图。图4所示的方法可以适用于如第1及2图所示的系统中，且其中快闪存储器中的数据存放方式如图3所示。

步骤S401中，提供操作系统数据。

步骤S403中，执行奇偶校验的过程，计算出步骤S401所提供的操作系统数据的奇偶校验码，以作为该操作系统数据的备份。该备份可以用来还原储存于损坏区块的数据。

为了产生步骤S401所提供的操作系统数据的备份，必须先依据以下公式将操作系统数据以区块为单位进行分组，算出每组可以包含的最佳区块数：

每组区块数(取整数)

＝(操作系统数据所包含的总区块数)÷(最大可提供的奇偶校验码储存区块数)

而由于每组区块只能重建出其中一个区块的数据，当一组区块中有超过两个以上的区块损坏时，就无法重建了。因此，理论上，每组区块包含的区块数越少则相对的容错率(Fault Tolerance)也会越高。

在此，假设以3个区块为一组，每个区块处存8位的数据。

依据本实施例，奇偶校验码是将每组中的每一区块数据求异或(XOR)产生的，就一组区块而言，其奇偶校验码的大小会跟一区块数据的大小相符。

例如，如下所示，假设有3笔8位(bits)的数据，亦即：

数据1(D1)＝10100101；

数据2(D2)＝11110000；

数据3(D3)＝00111100。

则，数据1、2、3所对应的奇偶校验码P为：

P＝D1 XOR D2 XOR D3

＝((D1 XOR D2)XOR D3)

＝((10100101 XOR 11110000)XOR 00111100)

＝(01010101)XOR(00111100)

＝01101001

步骤S405中，将步骤S403计算得到的奇偶校验码储存于快闪存储器中。

依据本实施例，预先在快闪存储器中可用储存空间(Free Space)内规划一个区域来存放这操作系统数据的奇偶校验码(Parity)，如图5所示。

图5显示快闪存储器的数据存放配置。相比较于图3，图3表示尚未存入操作系统数据的备份(亦即，操作系统数据对应的奇偶校验码)的状况，而图5则显示已存入操作系统数据的备份(亦即，操作系统数据对应的奇偶校验码)的状况。参见图5，在快闪存储器50中，区块0为整个快闪存储器50中最前面的区块，是主要用来存放启动数据的启动数据区域501，接下来依序为存放操作系统数据的操作系统数据区域502，而操作系统数据对应的奇偶校验码的储存位置，则紧接于操作系统数据区域502之后，亦即，将操作系统数据对应的奇偶校验码储存于图中的操作系统备份区域504中。剩下的空间就会当成可用储存空间505供使用者使用。

详言之，例如，操作系统数据由第m个区块开始存放，将奇偶校验码放入第n个区块中，操作系统数据和其奇偶校验码的对应储存关系如图6所示。操作系统数据区域602中，每3个数据储存区块为1区块组，而每1区块组对应于操作系统备份区域604中的一个备份数据区块。

亦即，可以预先利用下式计算出每组区块的奇偶校验码，并将计算出来的奇偶校验码储存在其预定的位置：

奇偶校验码(区块n)

＝操作系统数据(区块m)XOR操作系统数据(区块m+1)XOR操作系统数据(区块m+2)

奇偶校验码(区块n+1)＝操作系统数据(区块m+3)XOR操作系统数据(区块m+4)操作系统数据(区块m+5)

当储存上述操作系统数据的区块损坏时，上述操作系统的备份可以用来还原储存于损坏区块的数据。

图7显示依据本发明实施例使用备份还原操作系统数据的方法流程图。

步骤S701中，执行启动数据区域中储存的启动数据(NBoot数据)。

步骤S703中，读取并判断快闪存储器中储存操作系统数据的区块(亦即，操作系统数据区域)是否有损坏，若是，则该方法执行步骤S705，否则该方法执行步骤S707。

在步骤S705中，读取对应于损毁的操作系统数据的奇偶校验码，并据以计算出应该储存于损坏的区块中的正确数据。

如上述步骤S403的说明，依据本实施例，奇偶校验码是将每组中的每一区块数据求异或(XOR)产生的，因此，当其中有一笔数据损毁时，就可以使用奇偶校验码P，一样利用XOR的方式将损坏的数据重构。例如，当前述的数据D2损毁时，可以如下所示的方式重建数据D2：

D2＝D1 XOR D3 XOR奇偶校验码P

＝(D1 XOR D3)XOR奇偶校验码P

＝((10100101 XOR 00111100)XOR 01101001)

＝10011001 XOR 01101001

＝11110000

上述步骤S705中以备份数据还原操作系统数据的对应关系如图8所示。操作系统数据区域802中，每3个数据储存区块为1区块组，而每1区块组对应于操作系统备份区域804中的一个备份数据区块。如图8所示，假设当操作系统数据(区块m+1)这个区块数据损毁时，我们就可以利用XOR的运算来重建操作系统数据(区块m+1)。

在步骤S707中，将还原的操作系统数据(若无区块损坏则为原本储存于区块中的操作系统数据)载入随机访问存储器中。

在步骤S709中，判断是否操作系统数据已完全读取，若是，则该方法执行步骤S711，否则该方法回到步骤S703。

步骤S711中，执行已载入随机访问存储器中的操作系统数据(程序代码)。

图9显示依据本发明另一实施例使用备份还原操作系统数据的方法流程图。

步骤S901中，读取并判断快闪存储器中储存操作系统数据的区块是否有损坏，若是，则该方法执行步骤S905，否则该方法执行步骤S907。

在步骤S905中，读取对应于损毁的操作系统数据的奇偶校验码，并据以计算出原本应该储存于损坏的区块中的正确数据。其计算方式请参照步骤S705的说明。

在步骤S907中，将还原的操作系统数据载入随机访问存储器中。

在步骤S909中，判断是否操作系统数据已完全读取，若是，则该方法执行步骤S911，否则该方法回到步骤S903。

步骤S911中，将已载入的随机访问存储器中的操作系统数据(此为还原后的无损坏的操作系统数据)写回完好无损坏的快闪存储器中。

在步骤S913中，删除备份数据。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可作些许更动与润饰，因此本发明的保护范围应当视所附的权利要求书范围所界定的为准。

Claims (14)

1.一种嵌入式电子装置，包括：

一快闪存储器，包括多个存储器区块；以及

一处理器，将一操作系统数据划分为多个数据区块组，每一所述数据区块组包括至少一数据区块，所述数据区块中包含的数据量为所述存储器区块的数据储存量，并针对每一个所述数据区块组中的所述数据区块执行一奇偶校验过程，以产生对应于所述数据区块的一奇偶校验码数据作为所述操作系统数据的备份，并将所述操作系统数据及所述奇偶校验码数据储存于所述快闪存储器中的所述这些存储器区块中。

2.如权利要求1所述的嵌入式电子装置，所述处理器还依据以下公式算出所述操作系统数据中每个所述数据区块组所包含的数据区块数：

数据区块组所包含的所述数据区块数(取整数)

＝(所述操作系统数据所包含的总数据区块数)÷(最大可提供的用以储存所述奇偶校验码数据的所述存储器区块数)。

3.如权利要求1所述的嵌入式电子装置，其中所述处理器还将每个所述数据区块组中的每一所述数据区块中的数据进行XOR运算，以产生所述数据区块组对应的所述奇偶校验码数据。

4.如权利要求1所述的嵌入式电子装置，还包括一随机访问存储器，其中所述处理器还在执行所述操作系统数据时，执行下列步骤：

判断储存所述操作系统数据的所述快闪存储器中的所述存储器区块是否有损坏；

在储存所述操作系统数据的所述快闪存储器中的所述存储器区块有损坏的情况下，读取储存于损坏的所述存储器区块中的所述操作系统数据的所述数据区块所对应的所述奇偶校验码数据；

依据被读取的所述奇偶校验码数据计算原本应该储存于所述损坏的存储器区块中的所述操作系统数据；以及

将所述产生的操作系统数据载入所述随机访问存储器中。

5.如权利要求4所述的嵌入式电子装置，所述处理器还执行被载入所述随机访问存储器中的所述操作系统数据。

6.如权利要求4所述的嵌入式电子装置，所述处理器还将被载入所述随机访问存储器中的所述操作系统数据重新写入所述快闪存储器的可使用的未损坏的所述存储器区块中，以修补储存于损坏的所述存储器区块中的所述操作系统数据区块。

7.如权利要求6所述的嵌入式电子装置，所述处理器还在被载入所述随机访问存储器中的所述操作系统数据重新写入所述快闪存储器中之后，删除所述奇偶校验码数据。

8.一种数据储存方法，适用于一具有快闪存储器的嵌入式电子系统，所述快闪存储器包括多个存储器区块，所述数据储存方法包括：

提供一操作系统数据，所述操作系统数据包括多个数据区块组，每一所述数据区块组包括至少一数据区块，所述数据区块中包含的数据量为所述存储器区块的数据储存量；

针对每一个所述数据区块组中的所述数据区块执行一奇偶校验过程，计算所述操作系统数据的奇偶校验码数据，以作为所述操作系统数据的备份；

将所述操作系统数据及所述奇偶校验码数据储存于所述快闪存储器中。

9.如权利要求8所述的数据储存方法，还包括依据以下公式算出所述操作系统数据中每个所述数据区块组所包含的数据区块数：

数据区块组所包含的所述数据区块数(取整数)

＝(所述操作系统数据所包含的总数据区块数)÷(最大可提供的用以储存所述奇偶校验码数据的所述存储器区块数)。

10.如权利要求8所述的数据储存方法，还包括将每个所述数据区块组中的每一所述数据区块中的数据进行XOR运算，以产生所述数据区块组对应的所述奇偶校验码数据。

11.如权利要求8所述的数据储存方法，其中所述嵌入式电子装置还包括一随机访问存储器，其中所述方法还包括在执行所述操作系统数据时，执行下列步骤：

判断储存所述操作系统数据的所述快闪存储器中的所述存储器区块是否有损坏；

在储存所述操作系统数据的所述快闪存储器中的所述存储器区块有损坏的情况下，读取储存于损坏的所述存储器区块中的所述操作系统数据区块所对应的所述奇偶校验码数据；

依据被读取的所述奇偶校验码数据计算原本应该储存于所述损坏的存储器区块中的所述操作系统数据；以及

将所述产生的操作系统数据载入所述随机访问存储器中。

12.如权利要求10所述的数据储存方法，还包括执行被载入所述随机访问存储器中的所述操作系统数据。

13.如权利要求10所述的数据储存方法，还包括将被载入所述随机访问存储器中的所述操作系统数据重新写入所述快闪存储器的可使用的未损坏的所述存储器区块中，以修补储存于损坏的所述存储器区块中的所述操作系统数据区块。

14.如权利要求13所述的数据储存方法，还包括在被载入所述随机访问存储器中的所述操作系统数据重新写入所述快闪存储器中之后，删除所述奇偶校验码数据。

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