CN104035884A - 一种双环形队列数据存储方法和智能网关 - Google Patents
一种双环形队列数据存储方法和智能网关 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种双环形队列数据存储方法和智能网关，其中所述方法包括以下步骤：首先，在存储器中建立一个数据缓冲区，在该数据缓冲区中设置两个环形队列，所述两个环形队列分别为索引环形队列和数据环形队列；其次，进行数据的处理流程，包括数据的删除、读取、插入、恢复以及未处理数据的统计。本发明还提供了采用所述方法的智能网关。本发明采用在非易失性存储器中建立双环队列存储数据，通过在未写入数据的数据块中写入数据，而不是对原数据块进行擦除后再写入，可以大大减少存储器擦写的次数，提高存储器的使用寿命，简化多个任务的共享数据存储难度。
Description
技术领域
本发明涉及一种存储技术领域，尤其涉及一种双环形队列数据存储方法和智能网关。
背景技术
在嵌入式系统中常常使用FLASH（闪存）作为非易失性存储器，每次FLASH的写操作都需要将对应的位置擦除。因此，按照通常的习惯会在擦除和写操作上浪费大量的时间，并因不同空间擦写次数不均衡而导致FLASH的使用寿命缩短。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种减少非易失型存储器擦除次数的双环形队列数据存储方法和智能网关，以解决现有技术存在的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种双环形队列数据存储方法，其特征在于：它包括以下步骤：
首先，在存储器中建立一个数据缓冲区，在该数据缓冲区中设置两个环形队列，所述两个环形队列分别为索引环形队列和数据环形队列：索引环形队列用于存储数据索引，设置一个写向量WI、一个读向量RI、一个删除向量EI、一个存储数据长度的数组、一个存储数据索引的指针数组以及数据环形队列的起始地址和结束地址，并对索引环形队列进行初始化；数据环形队列用于存储索引环形队列中每个索引对应的数据；
其次，进行数据的处理流程，包括数据的删除、读取、插入、恢复以及未处理数据的统计，其中数据的删除包括以下步骤：
步骤1：如果删除向量EI等于读向量RI，则返回失败，否则，删除向量EI加1，对队列最大长度取余；
步骤2：结束删除数据；
数据的读取包括以下步骤：
步骤1：如果环形队列为空，则返回失败，否则，拷贝数据到缓冲；
步骤2：读向量RI加1，对队列最大长度取余；
步骤3：结束读取数据；
数据的插入包括以下步骤：
步骤1：若对写向量加1并对队列最大长度取余后的值等于删除向量，则返回失败，否则，获取数据环形队列的写入地址和删除地址，若写入数据后写入地址越界且数据环形队列的起始地址加上数据长度后不超过删除地址，数据环形队列的写入地址回滚为数据环形队列的起始地址；
步骤2：数据拷贝到数据环形队列写入地址处；
步骤3：把所述数据的长度保存在索引环形队列的数据长度数组中；
步骤4：写向量加1，并对队列最大长度取余；
步骤5：更新数据环形队列写入地址，并保存在索引环形队列指针数组中；
步骤6：结束插入数据；
数据的恢复包含以下步骤：
步骤1：若删除向量EI等于读向量RI，则返回失败，否则读向量RI减1，加队列最大长度，对队列最大长度取余；
步骤2：结束恢复数据；
未处理数据的统计包含以下步骤：
步骤1：设置变量n等于写向量WI减去删除向量EI；
步骤2：若n大于0，返回n的值，否则设置n等于n加上队列最大长度。
初始化时，读向量RI、写向量WI和删除向量EI均设置为0，保存数据索引的指针数组的第一个元素值设置为数据环形队列的起始地址，为0。
多个数据采集和读取任务同时执行数据的删除、恢复、插入、读取时采用信号量同步和互斥机制。
环形队列为空的条件是读向量等于写向量。
一种智能网关，它包括ARM720T中央处理器以及与其连接的时钟模块、Zigbee 无线收发模块、GPRS模块、WIFI模块、接口模块、存储模块和给各功能模块供电的电源模块；所述ARM720T中央处理器，实现在存储模块中建立一个数据缓冲区，在该存储模块中设置双环形队列，即索引环形队列和数据环形队列，并对环形队列进行初始化，并在多个数据采集和读取任务同时运行时实现数据的删除、读取、插入、恢复以及未处理数据的统计流程。
所述接口模块包括串行接口、以太网接口和光纤接口。
所述串行接口采用RS485通信接口，ARM720T中央处理器通过串行接口采集数据；所述以太网接口和光纤接口接收ARM720T中央处理器发送来的数据并传输给网络，以及将网络发送来的数据传输给ARM720T中央处理器。
所述 Zigbee 无线收发模块包括无线射频处理器和无线收发模块；所述无线射频处理器和无线收发模块连接，所述无线射频处理器与ARM720T中央处理器连接，所述无线射频处理器包括 Zigbee芯片和射频收发器，无线射频处理器进行系统组网，分配网络地址并绑定节点设备 ；所述无线收发模块接收节点设备的数据，以及向节点设备发送控制信号数据，所述无线收发模块将节点设备的数据转发给无线射频处理器进行Zigbee协议数据处理。
所述存储模块包括非易失性Flash存储器和SDR存储器；所述非易失性Flash存储器和 SDR存储器均与ARM720T中央处理器连接，所述非易失性Flash存储器用于存放嵌入式操作系统、文件系统、LWIP以太网协议栈、Zigbee协议栈和应用程序；所述SDR存储器与ARM720T中央处理器连接，所述SDR存储器用于智能网关运行时提供临时存储。
所述时钟模块采用型号为DS1307的时钟芯片。
本发明的有益效果：采用在非易失性存储器中建立双环队列存储数据，通过在未写入数据的数据块中写入数据，而不是对原数据块进行擦除后再写入，可以大大减少存储器擦写的次数，提高存储器的使用寿命，简化多个任务的共享数据存储难度。
附图说明
图1为本发明双环形队列数据存储方法的初始化流程图。
图2为本发明双环形队列数据存储方法的删除数据流程图。
图3为本发明双环形队列数据存储方法的读取数据流程图。
图4为本发明双环形队列数据存储方法的插入数据流程图。
图5为本发明双环形队列数据存储方法的恢复数据流程图。
图6为本发明双环形队列数据存储方法的未处理数据统计流程图。
图7为本发明智能网关的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
一种双环形队列数据存储方法，它包括以下步骤：
首先，在存储器中建立一个数据缓冲区，在该数据缓冲区中设置两个环形队列，所述两个环形队列分别为索引环形队列和数据环形队列：索引环形队列用于存储数据索引，设置一个写向量WI、一个读向量RI、一个删除向量EI、一个存储数据长度的数组、一个存储数据索引的指针数组以及数据环形队列的起始地址和结束地址，并对索引环形队列进行初始化；数据环形队列用于存储索引环形队列中每个索引对应的数据；
其次，进行数据的处理流程，包括数据的删除、读取、插入、恢复以及未处理数据的统计，其中数据的删除包括以下步骤，如图2所示：
步骤1：如果删除向量EI等于读向量RI，则返回失败，否则，删除向量EI加1，对队列最大长度取余；
步骤2：结束删除数据；
如图3所示，数据的读取包括以下步骤：
步骤1：如果环形队列为空，则返回失败，否则，拷贝数据到缓冲；
步骤2：读向量RI加1，对队列最大长度取余；
步骤3：结束读取数据；
如图4所示，数据的插入包括以下步骤：
步骤1：若对写向量加1并对队列最大长度取余后的值等于删除向量，则返回失败，否则，获取数据环形队列的写入地址和删除地址，若写入数据后写入地址越界且数据环形队列的起始地址加上数据长度后不超过删除地址，数据环形队列的写入地址回滚为数据环形队列的起始地址；
步骤2：数据拷贝到数据环形队列写入地址处；
步骤3：把所述数据的长度保存在索引环形队列的数据长度数组中；
步骤4：写向量加1，并对队列最大长度取余；
步骤5：更新数据环形队列写入地址，并保存在索引环形队列指针数组中；
步骤6：结束插入数据；
如图5所示，数据的恢复包含以下步骤：
步骤1：若删除向量EI等于读向量RI，则返回失败，否则读向量RI减1，加队列最大长度，对队列最大长度取余；
步骤2：结束恢复数据；
如图6所示，未处理数据的统计包含以下步骤：
步骤1：设置变量n等于写向量WI减去删除向量EI；
步骤2：若n大于0，返回n的值，否则设置n等于n加上队列最大长度。
如图1所示，初始化时，读向量RI、写向量WI和删除向量EI均设置为0，保存数据索引的指针数组的第一个元素值设置为数据环形队列的起始地址，为0。
多个数据采集和读取任务同时执行数据的删除、恢复、插入、读取时采用信号量同步和互斥机制。
环形队列为空的条件是读向量等于写向量。
参照图7，一种智能网关，它包括ARM720T中央处理器以及与其连接的时钟模块、Zigbee 无线收发模块、GPRS模块、WIFI模块、接口模块、存储模块和给各功能模块供电的电源模块；
所述ARM720T中央处理器，采用主频为100Mhz的处理器芯片，实现在存储模块中建立一个数据缓冲区，在该存储模块中设置双环形队列，即索引环形队列和数据环形队列，并对环形队列进行初始化，并在多个数据采集和读取任务同时运行时实现数据的删除、读取、插入、恢复以及未处理数据的统计流程。
所述接口模块包括4个串行接口、一个以太网接口和一个光纤接口。
所述串行接口采用RS485或RS232通信接口，ARM720T中央处理器通过串行接口采集数据；所述以太网接口和光纤接口接收ARM720T中央处理器发送来的数据并传输给网络，以及将网络发送来的数据传输给ARM720T中央处理器。
所述Zigbee 无线收发模块包括无线射频处理器和无线收发模块；所述无线射频处理器和无线收发模块连接，所述无线射频处理器与ARM720T中央处理器连接，所述无线射频处理器包括 Zigbee 芯片和射频收发器，无线射频处理器进行系统组网，分配网络地址并绑定节点设备 ；所述无线收发模块接收节点设备的数据，以及向节点设备发送控制信号数据，所述无线收发模块将节点设备的数据转发给无线射频处理器进行Zigbee协议数据处理。
所述存储模块包括128M+8M非易失性Flash存储器和32M SDR存储器；所述Flash存储器和 SDR存储器均与ARM720T中央处理器连接，所述 Flash 存储器用于存放嵌入式操作系统、文件系统、LWIP以太网协议栈、Zigbee协议栈和应用程序；所述 SDR 存储器与ARM720T中央处理器连接，所述SDR存储器用于智能网关运行时提供临时存储。
所述时钟模块采用型号为DS1307的时钟芯片，用于对数据采集进行定时。
智能网关的工作原理：ARM720T中央处理器通过四个串口、一个Zigbee无线收发模块同时采集数据，保存在非易失性Flash存储器中的双环形队列中，在GPRS模块接收到指令后，ARM720T中央处理器对双环形队列中的数据进行删除或恢复操作，或接受Web服务器远程配置，或进行TCP服务本地配置，或读取双环形队列中数据，通过以太网接口、光纤接口、GPRS模块或WIFI模块把数据上传到Web服务器或智能终端。
智能数据网关，可以用于数据采集、远程抄表、智能家居、远程遥控监测；通过配置软件可以配置采集的形式、格式和串口采集协议（IP协议栈、Zigbee协议栈、modbus），用来适应市面上绝大多数设备；可以通过在2路RJ45以太网、1路光纤、1路WIFI、4路RS485或者RS232、1路Zigbee无线互联进行组合通信；集成电源管理、数据采集、数据存储、数据传输功能与一体；实现远程WEB配置管理软件升级等，上述配置软件为现有技术。
Claims (10)
1.一种双环形队列数据存储方法，其特征在于：它包括以下步骤：
首先，在存储器中建立一个数据缓冲区，在该数据缓冲区中设置两个环形队列，所述两个环形队列分别为索引环形队列和数据环形队列：索引环形队列用于存储数据索引，设置一个写向量WI、一个读向量RI、一个删除向量EI、一个存储数据长度的数组、一个存储数据索引的指针数组以及数据环形队列的起始地址和结束地址，并对索引环形队列进行初始化；数据环形队列用于存储索引环形队列中每个索引对应的数据；
其次，进行数据的处理流程，包括数据的删除、读取、插入、恢复以及未处理数据的统计，其中数据的删除包括以下步骤：
步骤1：如果删除向量EI等于读向量RI，则返回失败，否则，删除向量EI加1，对队列最大长度取余；
步骤2：结束删除数据；
数据的读取包括以下步骤：
步骤1：如果环形队列为空，则返回失败，否则，拷贝数据到缓冲；
步骤2：读向量RI加1，对队列最大长度取余；
步骤3：结束读取数据；
数据的插入包括以下步骤：
步骤1：若对写向量加1并对队列最大长度取余后的值等于删除向量，则返回失败，否则，获取数据环形队列的写入地址和删除地址，若写入数据后写入地址越界且数据环形队列的起始地址加上数据长度后不超过删除地址，数据环形队列的写入地址回滚为数据环形队列的起始地址；
步骤2：数据拷贝到数据环形队列写入地址处；
步骤3：把所述数据的长度保存在索引环形队列的数据长度数组中；
步骤4：写向量加1，并对队列最大长度取余；
步骤5：更新数据环形队列写入地址，并保存在索引环形队列指针数组中；
步骤6：结束插入数据；
数据的恢复包含以下步骤：
步骤1：若删除向量EI等于读向量RI，则返回失败，否则读向量RI减1，加队列最大长度，对队列最大长度取余；
步骤2：结束恢复数据；
未处理数据的统计包含以下步骤：
步骤1：设置变量n等于写向量WI减去删除向量EI；
步骤2：若n大于0，返回n的值，否则设置n等于n加上队列最大长度。
2.根据权利要求1所述的双环形队列数据存储方法，其特征在于：初始化时，读向量RI、写向量WI和删除向量EI均设置为0，保存数据索引的指针数组的第一个元素值设置为数据环形队列的起始地址，为0。
3.根据权利要求2所述的双环形队列数据存储方法，其特征在于：多个数据采集和读取任务同时执行数据的删除、恢复、插入、读取时采用信号量同步和互斥机制。
4.根据权利要求1所述的双环形队列数据存储方法，其特征在于：环形队列为空的条件是读向量等于写向量。
5.一种智能网关，其特征在于：它包括ARM720T中央处理器以及与其连接的时钟模块、Zigbee 无线收发模块、GPRS模块、WIFI模块、接口模块、存储模块和给各功能模块供电的电源模块；所述ARM720T中央处理器，实现在存储模块中建立一个数据缓冲区，在该存储模块中设置双环形队列，即索引环形队列和数据环形队列，并对环形队列进行初始化，并在多个数据采集和读取任务同时运行时实现数据的删除、读取、插入、恢复以及未处理数据的统计流程。
6.根据权利要求5所述的智能网关，其特征在于：所述接口模块包括串行接口、以太网接口和光纤接口。
7.根据权利要求6所述的智能网关，其特征在于：所述串行接口采用RS485通信接口，ARM720T中央处理器通过串行接口采集数据；所述以太网接口和光纤接口接收ARM720T中央处理器发送来的数据并传输给网络，以及将网络发送来的数据传输给ARM720T中央处理器。
8.根据权利要求5所述的智能网关，其特征在于：所述 Zigbee 无线收发模块包括无线射频处理器和无线收发模块；所述无线射频处理器和无线收发模块连接，所述无线射频处理器与ARM720T中央处理器连接，所述无线射频处理器包括 Zigbee芯片和射频收发器，无线射频处理器进行系统组网，分配网络地址并绑定节点设备 ；所述无线收发模块接收节点设备的数据，以及向节点设备发送控制信号数据，所述无线收发模块将节点设备的数据转发给无线射频处理器进行Zigbee协议数据处理。
9.根据权利要求5所述的智能网关，其特征在于：所述存储模块包括非易失性Flash存储器和SDR存储器；所述非易失性Flash存储器和 SDR存储器均与ARM720T中央处理器连接，所述非易失性Flash存储器用于存放嵌入式操作系统、文件系统、LWIP以太网协议栈、Zigbee协议栈和应用程序；所述SDR存储器与ARM720T中央处理器连接，所述SDR存储器用于智能网关运行时提供临时存储。
10.根据权利要求5所述的智能网关，其特征在于：所述时钟模块采用型号为DS1307的时钟芯片。
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