CN103399826A - 一种基于nor flash的数据存储方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于NOR FLASH的数据存储方法，其特征在于，该方法是采用FLASH中存放一级索引，RAM中存放二级索引，存放数据时同时修改一级索引区和数据，并通过算法平衡FLASH每块的编程次数，防止掉电时数据丢失，具体包括如下步骤：A)初始化：B)数据定位：C)数据写入：判断索引是否存在：D)数据读取：E)写平衡算法：F)掉电处理。本发明的优点：有效地提高了数据存储的安全性和可靠性，延长了NOR FLASH的整体使用寿命。

Description

一种基于NOR FLASH的数据存储方法

技术领域

本发明涉及的是一种在无文件系统的NOR FLASH上，实现一种基于NOR FLASH的数据存储方法。属于FLASH存储技术领域。

背景技术

目前在FLASH存储技术领域存在一些NOR FLASH的研究，但是均存在一些缺点，例如专利号为CN103176920A的专利，提出了一种Nor flash掉电保护方法，但是该方法实现是基于FAT文件系统的，而且还需要外接一片非易失性随机访问存储器Nvram存储全局位置索引，增加了运行开销和硬件成本。

又如专利号为CN101118517A的专利，该方法是通过建立FLASH和内存数据映射表，标记需要写入的FLASH块，定时将修改通过数据写入FLASH。该方法主要实现了NOR FLASH的坏块管理，而由于NOR FLASH的特性，坏块管理几乎不用考虑。第二个缺点是通过定时修改将数据写入FLASH，系统异常掉电时极易丢失数据。

发明内容

本发明提出一种基于NOR FLASH的数据存储方法，其目的旨在克服上述现有技术所存在的缺陷，采用FLASH中存放一级索引，RAM中存放二级索引，存放数据时同时修改一级索引区和数据，并通过一定算法平衡FLASH每块的编程次数，实现数据存储。有效地延长了NOR FLASH的整体使用寿命。并提供一种较为有效不依赖于其他硬件的NOR FLASH掉电数据保存技术。

本发明的技术解决方案：一种基于NOR FLASH的数据存储方法，其特征在于，该方法是采用FLASH中存放一级索引，RAM中存放二级索引，存放数据时同时修改一级索引区和数据，并通过算法平衡FLASH每块的编程次数，防止掉电时数据丢失，具体包括如下步骤：A)初始化：B)数据定位：C)数据写入：判断索引是否存在：D)数据读取：E)写平衡算法：F）掉电处理。

本发明的有益效果：本发明使用二级索引的机制来保证读写时快速定位数据的方法。在Flash中存放的一级索引，里面存放数据页在Flash中的位置；在RAM中的二级索引，通过在上电时遍历FLASH索引区生成二级索引数组，里面存放一级索引页在Flash中的位置，通过最少写入次数写平衡算法，选择空白页，实现块写入平衡，通过分配额外存储空间，实现负担平摊，通过写入数据时的分段操作，上电时数据自检，防止了掉电时数据丢失，提高了数据存储的安全性和可靠性。通过记录页面结构，记录每块FLASH的擦除次数，再选择最少写入的FLASH，平衡了每块FLASH的擦除次数，延长了NOR FLASH芯片的整体使用寿命。

附图说明

附图1 初始化的流程示意图。

附图2 数据定位步骤示意图。

附图3 数据页结构示意图。

附图4 数据写入步骤示意图。

附图5 写平衡算法的流程示意图。 

具体实施方式

一种基于NOR FLASH的数据存储方法，其特征在于，该方法是采用FLASH中存放一级索引，RAM中存放二级索引，存放数据时同时修改一级索引区和数据，并通过算法平衡FLASH每块的编程次数，防止掉电时数据丢失，具体包括如下步骤：A)初始化：B)数据定位：C)数据写入：判断索引是否存在：D)数据读取：E)写平衡算法：F)掉电处理。

下面结合附图具体描述各实施步骤

A)初始化（如附图1所示）

（1）初始化，系统上电时启动，检测FLASH状态。

（2）建立FLASH一级索引。

（3）RAM二级索引表初始化。

所述建立一级索引，是指根据预先划分的数据页结构内容，读取数据页信息，建立一级索引。

（4）初始化FLASH中未擦除页。

（5）初始化FLASH空白地址页。读入存储在FLASH的索引内容，建立一级索引表，在内存中建立二级索引表。

B)数据定位

如图2，描述了数据项定位的步骤。

（1）根据数据项计算出其在二级索引的位置。

（2）根据二级索引中存储的一级索引区的位置。

（3）从NOR FLASH中的一级索引区读取一级索引信息。

（4）获得物理FLASH页号。

（5）获得数据页结构，从数据页结构中获得数据位置。

所述数据页结构如图3，其中：

a.有效性：指页面的有效标志，包括有效，无效，中间态。

b.存储对象：指存放的数据类型，包括参数和数据。

c.日期：指页面中包含的数据日期。

d.序号：表示该存储对象对应页序号。

e.写入次数：当前页写入时，FLASH的写入次数。

f.空白页号：在索引区的页中存放其相应数据类型的空白起始页号。

g.数据域：用于存放数据。

C)数据写入（如图4 数据写入步骤）

判断索引是否存在。

所述索引包括二级索引和一级索引。

（a1）索引位置不存在（为0xFFFF），则进行第一次写入：如果连二级索引都没有，则只要新建一级索引和数据页；如果仅仅是一级索引没有，需要先将旧的一级索引读出；

 （a2） 在RAM中填好新数据页的页头信息及相应数据，根据写平衡算法查找到空白页，写入到该类数据的空白页；在RAM中填好新索引页的页头信息，更新数据页页号为该类数据空白页页号，数据区空白页页号加一（在其开辟空间内循环），写入索引页至索引区空白页；

（a3）更新二级索引（RAM）相应序号索引页为索引区空白页，索引区空白页加一（在其开辟空间内循环）；如果步骤(a1)中将旧索引读出，需要将旧索引页有效性置为无效。

 （b1） 索引位置存在，如果可以定位到该数据的页号，那么该项数据已经写入过，需要进行一般写入。

（b2）读出旧索引页与数据页到RAM。

（b3）根据写平衡算法查找到空白页，更新页头和数据内容，将数据页写入该类数据空白页；

（b4）更新索引为数据空白页页号，空白页页号加一，更新页头，写入索引到索引区空白页；更新二级索引，索引区空白页页号加一，将旧数据页和旧索引页加一。

所述写平衡算法在E)中描述。

所述的数据写入步骤为，把当前页①数据写到空白页②里，页面②为中间态，接着把页面①数据置为无效，然后再把这页面②数据置为有效。所有存储均按照这原则读写，包括索引区。

D)数据读取

读数据相对简单，如果有数据跨页，需要读多个页数据将内容拼接起来。如果是参数的读取，会进行校验和的检验，如果检验和不正确，会到备份区取参数。

E)写平衡（如图5写平衡算法）

（1）遍历空白页。

所述空白页是指数据页结构中描述为无效的页。

（2）读取页面信息。

（3）获得写入次数最少的空白页号，这样可以平摊FLASH的写入负担，减少频繁的向某一处写入，增加FLASH的使用寿命，这种机制称为写平衡。

所述平摊FLASH写入负担是指，在给数据分配FLASH空间时，在满足所有数据存储的基础上，额外分配几块空间以便实现写平衡。

F）掉电处理

装置在一上电遍历所有页的有效状态，如果状态为有效和中间态都认为有效。

（1）新页开始写的过程中，突然停电，存储信息没有改变，上一页仍然为“有效态”标志，装置在下次上电后，只丢失本次更新的数据，数据还是以上一次的。

（2）新页已经写完，置成中间态，在置上一页数据无效时，突然停电，装置下次上电时会发现该页数据有两块，一块是置为“有效态”另一块是置为“中间态”，我们判断“中间态”为真正的“有效态”，然后再把那一页的“有效态”置为“无效态”。

（3）新页已经写完，置成“中间态”，上一页也置为“无效态”，在给新页置“有效态”时，突然停电。装置在下一次上电后，判断有“中间态”的这页，置为“有效态”。

（4）装置在新页置成“有效态”，旧页置成“无效态”后，在更新存储信息结构体时，突然停电，装置重新上电后，会重新遍历数据页，更新存储信息结构体，所以这次停电无任何损失。

所述的数据页结构包括：有效性、存储对象，日期，序号，写入次数，空白页号，数据域。

所述的数据定位步骤包括根据数据项计算出其在二级索引的位置, 根据二级索引中存储的一级索引区的位置,根据一级索引获得物理页面号。

所述的数据写入步骤为，把当前页①数据写到空白页②里，页面②为中间态，接着把页面①数据置为无效，然后再把这页面②数据置为有效。

采用最少写入次数选择空白页，达到NOR FLASH写平衡的目的。

采用在满足所有数据存储的基础上，额外分配NORFLASH 存储空间，平摊FLASH写入负担。

通过写入时分段操作，上电时数据自检实现数据掉电保护。

Claims (7)

1.一种基于NOR FLASH的数据存储方法，其特征在于，该方法是采用FLASH中存放一级索引，RAM中存放二级索引，存放数据时同时修改一级索引区和数据，并通过算法平衡FLASH每块的编程次数，防止掉电时数据丢失，具体包括如下步骤：A)初始化：B)数据定位：C)数据写入：判断索引是否存在：D)数据读取：E)写平衡算法：F)掉电处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于NOR FLASH的数据存储方法，其特征在于所述的A)初始化：

（1）初始化，系统上电时启动，检测FLASH状态；

（2）遍历FLASH一级索引；

（3）RAM二级索引表初始化；

所述遍历一级索引，包括了一级索引的修复；

（4）初始化FLASH中未擦除页；

（5）初始化FLASH空白地址页，读入存储在FLASH的索引内容，建立一级索引表，在内存中建立二级索引表。

3.根据权利要求1所述的一种基于NOR FLASH的数据存储方法，其特征在于所述的B)数据定位：

（1）根据数据项计算出其在二级索引的位置，

（2）根据二级索引中存储的一级索引区的位置，

（3）从NOR FLASH中的一级索引区读取一级索引信息，

（4）获得物理FLASH页号，

（5）获得数据页结构，从数据页结构中获得数据位置。

4.根据权利要求1所述的一种基于NOR FLASH的数据存储方法，其特征在于所述的C)数据写入：判断索引是否存在：

（a1）索引位置不存在，为0xFFFF，则进行第一次写入：如果连二级索引都没有，则只要新建一级索引和数据页；如果仅仅是一级索引没有，需要先将旧的一级索引读出；

（a2） 在RAM中填好新数据页的页头信息及相应数据，根据写平衡算法查找到空白页，写入到该类数据的空白页；在RAM中填好新索引页的页头信息，更新数据页页号为该类数据空白页页号，数据区空白页页号加一，在其开辟空间内循环，写入索引页至索引区空白页；

（a3）更新二级索引RAM相应序号索引页为索引区空白页，索引区空白页加一，在其开辟空间内循环；如果步骤(a1)中将旧索引读出，需要将旧索引页有效性置为无效；

 （b1） 索引位置存在，如果可以定位到该数据的页号，那么该项数据已经写入过，需要进行一般写入；

（b2）读出旧索引页与数据页到RAM；

（b3）根据写平衡算法查找到空白页，更新页头和数据内容，将数据页写入该类数据空白页；

（b4）更新索引为数据空白页页号，空白页页号加一，更新页头，写入索引到索引区空白页；更新二级索引，索引区空白页页号加一，将旧数据页和旧索引页加一；

所述的数据写入步骤为，把当前页①数据写到空白页②里，页面②为中间态，接着把页面①数据置为无效，然后再把这页面②数据置为有效；所有存储均按照这原则读写，包括索引区。

5.根据权利要求1所述的一种基于NOR FLASH的数据存储方法，其特征在于所述的D)数据读取：读数据相对简单，如果有数据跨页，需要读多个页数据将内容拼接起来；如果是参数的读取，会进行校验和的检验，如果检验和不正确，会到备份区取参数。

6.根据权利要求1所述的一种基于NOR FLASH的数据存储方法，其特征在于所述的E)写平衡算法：

（1）遍历空白页，

所述空白页是指数据页结构中描述为无效的页，

（2）获得写入次数，通过将旧的页置为无效，

（3）获得写入次数最少的空白页号，这样可以平摊FLASH的写入负担，减少频繁的向某一处写入，增加FLASH的使用寿命，这种机制称为写平衡；

所述平摊FLASH写入负担是指，在给数据分配FLASH空间时，在满足所有数据存储的基础上，额外分配几块空间以便实现负担平摊。

7.根据权利要求1所述的一种基于NOR FLASH的数据存储方法，其特征在于所述的F）掉电处理：

通过写入时分段操作，上电时数据自检，装置在一上电遍历所有页的有效状态，如果状态为有效和中间态都认为有效；

（1）新页开始写的过程中，突然停电，存储信息没有改变，上一页仍然为“有效态”标志，装置在下次上电后，只丢失本次更新的数据，数据还是以上一次的；

（2）新页已经写完，置成中间态，在置上一页数据无效时，突然停电，装置下次上电时会发现该页数据有两块，一块是置为“有效态”另一块是置为“中间态”，判断“中间态”为真正的“有效态”，然后再把那一页的“有效态”置为“无效态”；

（3）新页已经写完，置成“中间态”，上一页也置为“无效态”，在给新页置“有效态”时，突然停电，装置在下一次上电后，判断有“中间态”的这页，置为“有效态”；

（4）装置在新页置成“有效态”，旧页置成“无效态”后，在更新存储信息结构体时，突然停电，装置重新上电后，会重新遍历数据页，更新存储信息结构体，所以这次停电无任何损失。

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