CN103744746B - 一种基于索引的智能卡记录备份与恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于索引的智能卡记录备份与恢复方法，通过在智能卡中设置索引区和备份区实现备份和恢复功能。索引区保存索引号，用于计算对应记录写入的地址位置。对于特定一类的定长记录，当记录区首地址固定时，一条记录的索引号与该记录的首地址就是一一对应关系。备份区包含前保护标志、记录长度、当前最新一条有效记录地址、恢复记录所在的地址和后保护标志。根据保护标志确定是否需要进行记录恢复，当写入新记录失败需要记录恢复时，根据保存的两个地址和记录长度，恢复出之前的一条有效记录。本发明用备份索引替代备份记录，使每次备份时写入的字节数大大减小，提高了智能卡的交易效率，降低了备份区损坏的概率。

Description

一种基于索引的智能卡记录备份与恢复方法

技术领域

本发明涉及智能卡中记录备份与恢复的方法，特别是关于在非法插拔造成意外掉电的情况下，保证记录正确性的方法。

背景技术

IC卡是一种内部嵌入了芯片的集成电路卡。IC卡的概念在1969年首次被提出，并在1974年被改进并一直延续至今。它是继磁条卡之后，新出现的一种功能更强大的信息载体，也被称为智能卡。

磁条卡是用磁性载体记录数据，并通过磁感应的方式读写数据。和磁条卡不同，智能卡是用半导体存储数据，并通过逻辑电路或微处理器的编码和控制，再经过射频接口或接触式接口进行数据的读写。智能卡中的器件都是有源器件，需要供电才能正常工作，而智能卡中并没有电能存储器，它只能依靠读卡器对它供电。其中接触式智能卡通过触点进行物理接触供电，非接触式智能卡通过线圈的电磁感应供电。无论是哪种供电方式，都会面临数据读写过程中出现掉电的情况，比如用户的非法插拔。而在非接触的情况下，这个问题尤为严重。

对于包含微处理器的智能卡来说，智能卡在正常工作时的大部分操作都是由微处理器控制。在这些操作过程中，随时都可能出现掉电情况，中断微处理器的工作。因此，智能卡需要一种严谨、完备的技术来保证数据完整性。

申请号为201010156993.3的专利公开了一种智能卡防掉电技术。该专利提出的防掉电技术方案是：在写入新数据时，首先把数据区中的原有数据拷贝到掉电保护区，然后将新数据写入数据区，如果新写入数据正常，则擦除掉电保护区数据，如果新写入数据出错，则将掉电保护区的数据写回数据区。该技术虽然能够保证数据的完整性，但是存在两点不足：一是每次写入记录时都必须对原有记录进行备份，这样相当于花费了两倍的写记录时间。由于半导体存储器的写入速度较慢，在一次交易中，主要的时间消耗来自于数据写入，因此备份造成的时间浪费变得严重；二是备份区地址固定且数据量大，每写入一次记录都要重新擦除备份区再重新写入，造成了备份区大量区块的多次擦写。这容易造成备份区域的快速损坏，因而大大降低了智能卡的寿命。

发明内容

为了解决现有智能卡记录备份恢复方法存在的不足，本发明提出了一种基于索引的备份恢复方法，用备份索引的方式替代记录的备份，使得每次备份时写入的字节数大大减小。

本发明的技术原理是：在智能卡中设置索引区和备份区，利用索引区和备份区实现备份和恢复功能。索引区、备份区和记录区的示意图如图3所示。其中，索引区记录当前最新一条有效记录的索引号，索引号即记录的编号，其范围是1到最大记录数，初始记录的索引号为1，每新写入一条记录，其索引号加1，如果超过最大记录数则从1开始重新增加。索引号用于计算对应记录写入的地址位置。对于特定一类的定长记录，当记录区首地址固定时，一条记录的索引号与该记录的首地址就是一一对应关系。备份区包含前保护标志、记录长度、当前最新一条有效记录地址、恢复记录所在的地址和后保护标志。设置备份区的目的是，根据保护标志确定是否需要进行记录恢复，当写入新记录失败（比如掉电）需要记录恢复时，根据保存的两个地址和记录长度，恢复出之前的一条有效记录。

一种基于索引的智能卡记录备份与恢复方法，包括智能卡写入时记录备份方法和上电后记录恢复方法两部分，其中，

智能卡写入时记录备份方法包括以下步骤：

步骤1，准备好要写入的记录之后，从索引区获取当前最新一条有效记录的索引号I₀。

索引区由多个比特组成，其中包含0的比特的个数就是索引号。根据索引区数据计算0的个数，并将这个值返回给I₀，即取得了索引号。

步骤2，计算索引号I₀所对应的地址。

不同类型的记录的长度、起始地址和索引号不同。当要写入的记录的类型确定之后，按下式计算索引号I₀所对应的Addr_old：

Addr_old＝REC_START_ADDR+REC_LEN×I₀（1）

式中，REC_START_ADDR是记录首地址，REC_LEN为记录长度，这两个量对于某一特定记录是已知量。

步骤3，计算恢复记录所在的地址Addr_new：

Addr_new＝Addr_old+REC_LEN×2（2）

步骤4，将备份区前保护标志置0。

步骤5，将Addr_new、Addr_old和REC_LEN写入备份区。

步骤6，将备份区后保护标志置0。

置后保护标志意味着步骤6已经顺利执行完毕，程序可能已经执行到步骤7或后续步骤。

步骤7，正常写入新记录，新记录写入的首地址为：Addr_old+REC_LEN。

步骤8，将索引号加1。

每增加一条记录，索引号加1，索引区某一比特从1变为0。当达到可记录数量的最大值之后，最初的一条记录将被覆盖，索引区每个比特都变成0。如果还要增加记录，索引区所有的0变为1，然后将第一个比特再改为0。

步骤9，清空备份区的所有标志和地址。

如果擦除期间掉电，由于所述备份区的前、后保护标志和地址保存在存储器的同一页内，而且存储器擦除的特点是同一页内的所有字节同时清除，不存在先后顺序，因此，即使擦除期间掉电，也不会出现前后保护标志都存在但维护的两个地址Addr_new和Addr_old被清除的情况。

智能卡上电后记录恢复方法包括以下步骤：

步骤1，获取备份区的前后保护标志，根据保护标志的状态确定是否进行恢复操作。

如果备份区的两个标志都在置0状态，说明智能卡上一次上电执行停止在了步骤7或步骤8，记录区的记录有非正常写入的可能，需要进行记录恢复，转步骤2。如果两个标志不全置0，则智能卡上一次上电执行停止在了步骤6之前，或者步骤9之后。如果停止在了步骤6之前，说明没有写入新记录，即上一次的上电执行没有对记录区做任何修改，因此没有必要进行记录恢复；如果停止在步骤9之后，说明上一次的新记录已经成功写入到记录区，也没有必要进行记录恢复。因此，当两个标志不全置0时，不进行恢复记录操作，直接转步骤5。

步骤2，获取备份区的两个地址Addr_new和Addr_old，将Addr_old地址所指向的记录复制到Addr_new所指向的位置。

步骤3，根据Addr_new恢复索引区的索引号。

步骤4，清空备份区。

如果智能卡在恢复过程中出现掉电，且发生在步骤4完成之前，备份区的内容不变，即恢复工作没有正常完成，智能卡上电后，因为两个标志的状态不变，仍然进行恢复工作；如果掉电发生在步骤4完成之后，说明恢复工作已完成，标志也随之清除。

步骤5，恢复完成，正常进行其它工作。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.在每次写入新记录的过程中，只备份两个地址和其它基本信息，与传统备份一条记录相比，字节数减少了约80～95%，大大减少了备份造成的时间浪费，从而提高了智能卡的交易效率。

2.备份区字节数的减小可降低备份区损坏的概率。在相同存储器条件下，字节数减小可使备份区寿命增加约5～20倍。

附图说明

图1为本发明所涉及的智能卡写入时记录备份方法流程图；

图2为本发明所涉及的智能卡上电后记录恢复方法流程图；

图3为本发明智能卡内索引区、备份区和记录区的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的内容做进一步说明。

本发明所述的方法包括写入时记录备份方法和上电后记录恢复方法两部分。图1是智能卡写入时记录备份方法的流程图，包括以下步骤：

步骤1，根据索引区数据计算索引号I₀。

根据索引区数据计算0的个数，并将这个值返回给I₀，即取得了索引号。

步骤2，根据索引号计算当前有效记录地址。

不同类型记录的索引区不同。同一种类型的记录区由连续等长的记录组成，不同类型的记录的长度、起始地址和索引号不同。首先确定要写入的记录的类型，根据这种类型记录的起始地址REC_START_ADDR、索引号I₀及记录长度REC_LEN，按公式（1）计算该类型记录的最新有效记录所存储的地址Addr_old。

步骤3，计算恢复记录所在地址。

Addr_old后的第一条记录的地址是正常新写入记录的地址，Addr_old后的第二条记录的地址是用于恢复记录的地址，因此恢复记录所在地址Addr_new与Addr_old相比，向后偏移了两条记录的地址。

步骤4，备份区前保护标志置0。

步骤5，将Addr_new、Addr_old和REC_LEN写入备份区。

步骤6，备份区后保护标志置0。

步骤7，正常写入记录。

正常写入的记录存储在Addr_old后偏移一条记录所在的地址。根据将要写入记录的源地址和将要写入记录的目旳地址，以及要写入的记录的长度REC_LEN这三个参数，将准备好的记录写入相应记录区。

步骤8，将索引区的索引号加1。

根据相应的索引号，更新索引区中0比特的数量。每增加一条记录时，索引区只会将某一比特从1变为0。可记录的数量有限，当达到可记录数量的最大值之后，最原始的一条记录将被覆盖。具体做法是，当索引区每个比特都已变成0，而还要增加记录的话，索引区将会使所有的0变为1，然后将第一个比特再改为0。

这样的操作方式与半导体存储器是密切相关的，存储器在从1变为0时，可以单独对一个比特进行操作，在从0变为1时，必须整体操作。因此，在这样的操作方式下，仅当索引区满时才会进行一次擦除操作（所有比特从0变为1），和每次更改索引时都要擦写相比，存储器的擦写次数得到极大的下降，因而延长了索引区的存储器寿命。

步骤9，清空备份区。

图2是智能卡上电后记录恢复的流程图，实现的步骤如下：

步骤1，读取备份区标志，并判断是否需要进行记录恢复。

只有当备份区前、后保护标志均为0时执行恢复操作；备份区前、后保护标志至少有一个不为0时，不执行恢复操作，程序直接跳转到步骤5执行正常工作。

步骤2，恢复记录。

读取备份区的Addr_old、Addr_new和REC_LEN，据将要恢复记录的源地址Addr_old、将要恢复记录的目的地址Addr_new和记录长度REC_LEN，将记录恢复到记录区的新位置。

步骤3，恢复索引号。

由记录恢复到的新位置Addr_new可以反推出和这个记录所对应的索引号。通过这个索引号，可以恢复索引区中0的个数。

步骤4，清空备份区。

步骤5，正常进行其它工作。

以上步骤已经在北京市嵌入式系统重点实验室自主研发的BES2416系列智能卡芯片上得以实践，经过大量的测试，芯片的交易速度、寿命和可靠性有了明显提升。

Claims (7)

1.一种基于索引的智能卡记录备份与恢复方法，其特征在于用备份索引替代备份记录，使每次备份时写入的字节数大大减小；所述方法包括智能卡写入时记录备份方法和上电后记录恢复方法两部分，其中，

智能卡写入时记录备份方法包括以下步骤：

步骤1，准备好要写入的记录之后，从索引区获取当前最新一条有效记录的索引号I₀；

步骤2，计算索引号I₀所对应的地址；

步骤3，计算恢复记录所在的地址Addr_new：

Addr_new＝Addr_old+REC_LEN×2

式中，Addr_old为索引号I₀所对应地址，REC_LEN为记录长度；

步骤4，将备份区前保护标志置0；

步骤5，将Addr_new、Addr_old和REC_LEN写入备份区；

步骤6，将备份区后保护标志置0；

步骤7，正常写入新记录，新记录写入的首地址为：Addr_old+REC_LEN；

步骤8，将索引号加1；

步骤9，清空备份区的所有标志和地址；

智能卡上电后记录恢复方法包括以下步骤：

步骤1，获取备份区的前后保护标志，根据保护标志的状态确定是否进行恢复操作；

步骤2，获取备份区的两个地址Addr_new和Addr_old，将Addr_old地址所指向的记录复制到Addr_new所指向的位置；

步骤3，根据Addr_new恢复索引区的索引号；

步骤4，清空备份区；

步骤5，恢复完成，正常进行其它工作。

2.根据权利要求1所述的一种基于索引的智能卡记录备份与恢复方法，其特征在于，所述索引区由多个比特组成，包含0的比特的个数就是索引号；根据索引区数据计算0的个数，并将这个值返回给索引号I₀，即取得了索引号。

3.根据权利要求1所述的一种基于索引的智能卡记录备份与恢复方法，其特征在于，不同类型的记录的长度、起始地址和索引号不同；当要写入记录的类型确定之后，按下式计算索引号I₀所对应的地址Addr_old：

Addr_old＝REC_START_ADDR+REC_LEN×I₀

式中，REC_START_ADDR是记录首地址，REC_LEN为记录长度，这两个量对于某一特定记录是已知量，I₀取正整数。

4.根据权利要求1所述的一种基于索引的智能卡记录备份与恢复方法，其特征在于，每增加一条记录，索引号加1，索引区某一比特从1变为0；当达到可记录数量的最大值之后，最原始的一条记录将被覆盖，索引区每个比特都变成0；如果还要增加记录，索引区所有的0变为1，然后将第一个比特再改为0。

5.根据权利要求1所述的一种基于索引的智能卡记录备份与恢复方法，其特征在于，如果所述步骤9擦除期间掉电，由于所述备份区的前、后保护标志和地址保存在存储器的同一页内，而且存储器擦除的特点是同一页内的所有字节同时清除，不存在先后顺序，因此，即使擦除期间掉电，也不会出现前后保护标志都存在但维护的两个地址Addr_new和Addr_old被清除的情况。

6.根据权利要求1所述的一种基于索引的智能卡记录备份与恢复方法，其特征在于，根据保护标志的状态确定是否进行恢复操作的方法如下：

如果备份区的两个标志都在置0状态，说明智能卡上一次上电执行停止在了所述步骤7或步骤8，记录区的记录有非正常写入的可能，需要进行记录恢复，转上电后记录恢复方法步骤2；如果两个标志不全置0，则智能卡上一次上电执行停止在了所述步骤6之前，或者所述步骤9之后；如果停止在了所述步骤6之前，说明没有写入新记录，即上一次的上电执行没有对记录区做任何修改，因此没有必要进行记录恢复；如果停止在所述步骤9之后，说明上一次的新记录已经成功写入到记录区，也没有必要进行记录恢复；因此，当两个标志不全置0时，不进行恢复记录操作，直接转上电后记录恢复方法步骤5。

7.根据权利要求1所述的一种基于索引的智能卡记录备份与恢复方法，其特征在于，如果智能卡在上电记录恢复过程中出现掉电，且发生在上电记录恢复方法步骤4完成之前，备份区的内容不变，即恢复工作没有正常完成，智能卡上电后，因为两个标志的状态不变，仍然进行恢复工作；如果掉电发生在上电记录恢复方法步骤4完成之后，说明恢复工作已完成，标志也随之清除。