CN107863126B - 一种传感节点非易失存储器数据管理的方法 - Google Patents

一种传感节点非易失存储器数据管理的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种传感节点非易失存储器数据管理的方法，其中，包括：(1)初始化步骤：根据要保存的数据量，在非易失存储器中初始化适当大小的存储区域；(2)操作位置计算步骤：嵌入式系统每次上电时，扫描分配存储区域，计算本次增加和删除数据的尾部和头部位置，避免在存储区域某个位置上反复进行擦写操作；(3)增加数据步骤：每次增加新数据时，将数据写在存储区域的尾部；(4)删除数据步骤：每次删除旧数据时，从存储区域的头部删除数据。本发明的传感节点非易失存储器数据管理的方法，解决了非易失存储器的均匀擦写问题，提高非易失存储器的可靠性，延长其使用期限，同时能够满足传感节点存储最新传感数据的要求。

Description

一种传感节点非易失存储器数据管理的方法
技术领域
本发明涉及数据存储技术领域，特别涉及一种传感节点非易失存储器数据管理的方法。
背景技术
在物联网应用中，常需要部署传感节点来感知物理世界的情况。传感节点是一个嵌入式系统，包括传感器模块、计算与存储模块、通信模块和电源模块等。当传感节点获取的传感数据不能及时通过通信模块发送到后端系统时，就需要临时存储这些传感数据，以便以后将这些传感数据发送到后端系统进行分析。由于传感节点的尺寸、能耗有限，且工作环境一般比较恶劣(例如，在有振动的环境中工作)，存储器通常采用非易失存储器来存储感知数据，这样，一旦传感节点的电源被切断或电源失效的情况下，也能持久性在非易失存储器中保存传感数据。非易失存储器具有尺寸小、能耗的优点外，还具有必须整块擦写的特点，为了向非易失存储器的某个位置写入数据，需要先将这个位置所在的存储块的数据读取代内存中，在内存中修改数据后，再擦出这个存储块，最后将内存数据写入这个存储块中。由于非易失存储器的寿命是由其能经受的擦写次数决定的，反复擦写非易失存储器的某些区域，可能会很快达到规定的擦写次数，整个非易失存储器可靠性脚底，不能再使用。因此，需要一种均匀地擦写非易失存储器的方法。
现有的非易失存储器管理很少关注这一点。在大部分系统中，采用的方法是系统每次上电后，就从分配的存储区头部开始擦写，以保存新的数据。这种方法的缺陷是，存储区域的头部被多次擦写，存储区域的尾部可能很少擦写，甚至不被擦写，造成非易失存储区的可靠性降低、使用期限缩短。还有一些方法虽然按照循环的方式擦写存储区域，但将存储区域中的有效数据占用的区间保存在非易失存储器的某个固定位置，由于有效数据占用的区间频繁变化，会造成这个位置被反复擦写，也没有很好地解决这个问题。
因此，迫切需要一种能够克服非易失存储器管理方式的缺陷，实现非易失存储器的均匀擦写，提高非易失存储器的可靠性和延长其使用期限的方法。本发明正是基于这种现实需求而产生的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种传感节点非易失存储器数据管理的方法，用于解决上述现有技术的问题。
本发明一种传感节点非易失存储器数据管理的方法，其中，包括：步骤1、根据要保存的数据量，在非易失存储器中初始化适当大小的存储区域；如果一条传感数据占用N字节，需要保存M条记录，则分配(N+L)×M字节的空间，其中每条记录需要一个L字节的记录号R，记录号R取值从1到S，M≤((S+1)/2)；从分配的存储区域头部开始，逐条读取每个记录的记录号，如果记录号为0，则表示空白记录；如果记录号不为0，则表示有效数据记录，读取过程中，记下最小的有效数据记录号MinR及其位置编号MinL，记下最大的有效数据记录号MaxR及其位置编号MaxL；存储区域逐条记录读取S完成后，如果MinR＝MaxR，则表示没有有效数据记录，设置MinR＝MaxR＝0，MinL＝MaxL＝1；如果(MaxR-MinR)<M，则MinR为存储区域的头部，其位置编号为MinL，MaxR为存储区域的尾部，其位置编号为MaxL；如果(MaxR-MinR)≥M，则表明记录号进行了一次循环，存储区域中记录号大于S/2且记录号与S相差最大的有效记录为存储区域的头部，其位置编号为MinL,存储区域中记录号小于S/2且记录号与S相差最小的有效记录为存储区域的尾部，其位置编号为MaxL；每次增加新数据时，将数据写在存储区域的尾部包括：步骤a：如果MaxL＝MinL，且MaxL位置处为空白记录，则进行本步骤，否则转步骤b，将新数据保存在MaxL+1位置处，新的尾部保持不变；新数据的记录号为1；新的头部保持不变；并转步骤36；步骤b：如果(MaxL+1)≤M，且MaxL+1位置处为空白记录，则继续进行本步骤，否则，转步骤c；将新数据保存在MaxL+1位置处，新的尾部为MaxL递增1，如果递增后MaxL>M，则MaxL＝1，新数据的记录号为尾部的记录号递增1，如果递增后的记录号>S，则新数据的记录号＝1，新的头部保持不变，并转步骤f；步骤c：如果(MaxL+1)≤M，且(MaxL+1)位置处不为空白记录，则进行本步骤，否则转步骤d；将新数据保存在(MaxL+1)位置处，新的尾部为MaxL递增1，如果递增后MaxL>M，则MaxL＝1；新数据的记录号为尾部的记录号递增1，如果递增后的记录号>S，则新数据的记录号＝1；新的头部为MinL递增1，如果递增后MinL>M，则MinL＝1；并转步骤f；步骤d：如果(MaxL+1)>M，且(MaxL+1-M)位置处为空白记录，则进行本步骤，否则转步骤e；将新数据保存在(MaxL+1-M)位置处，新的尾部为1；新数据的记录号为尾部的记录号递增1，如果递增后的记录号>S，则新数据的记录号＝1；新的头部保持不变，并转步骤f；步骤e：将新数据保存在(MaxL+1-M)位置处，新的尾部为1；新数据的记录号为尾部的记录号递增1，如果递增后的记录号>S，则新数据的记录号＝1；新的头部为MinL递增1，如果递增后MinL>M，则MinL＝1；并转步骤f；步骤f，结束；每次删除旧数据时，从存储区域的头部删除数据。
根据本发明的传感节点非易失存储器数据管理的方法的一实施例，其中，根据要保存的数据量，在非易失存储器中初始化适当大小的存储区域还包括：在分配空间后，全部记录的记录号置为0；记录号0则表示空白记录；记录号不为0则表示有效数据记录，有效数据记录号从1到S，按1递增，空白记录和有效数据记录都有一个位置编号，位置编号从1到M，存储区域开始处的位置编号为1，随后按1递增。
根据本发明的传感节点非易失存储器数据管理的方法的一实施例，其中，每次删除旧数据时，从存储区域的头部删除数据，包括：如果MinL＝MaxL，且MinL位置处为空白记录，则结束，否则继续；如果MinL＝MaxL，且MinL位置处不为空白记录，则将Min位置处的记录号设置为0，新的尾部和头部保持不变，并结束；否则继续；将Min位置处的记录号设置为0，新的头部为MinL递增1，如果递增后MinL>M，则MinL＝1；新的尾部保持不变；结束。
本发明的传感节点非易失存储器数据管理的方法，能够在需要采用非易失存储器记录大量传感数据的嵌入式系统中，传感节点非易失存储器数据管理，提高非易失存储器可靠性和延长使用期限，满足物联网那个传感节点中记录最新传感数据的需求，同时提高非易失存储器的可靠性，延长使用期限。
附图说明
图1所示为本发明的一种传感节点非易失存储器数据管理的方法流程图；
图2所示为本发明的一种传感节点非易失存储器数据管理的方法示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1所示为本发明的一种传感节点非易失存储器数据管理的方法流程图，如图1所示，本发明的一种传感节点非易失存储器数据管理的方法包括以下步骤：
(1)初始化步骤：根据要保存的数据量，在非易失存储器中初始化适当大小的存储区域；
(2)操作位置计算步骤：嵌入式系统每次上电时，扫描分配存储区域，计算本次增加和删除数据的尾部和头部位置，避免在存储区域某个位置上反复进行擦写操作；
(3)增加数据步骤：每次增加新数据时，将数据写在存储区域的尾部；
(4)删除数据步骤：每次删除旧数据时，从存储区域的头部删除数据。
图2所示为本发明的一种传感节点非易失存储器数据管理的方法示意图，如图2所示，本发明的一种传感节点非易失存储器数据管理的方法具体包括：
所述初始化步骤1中，包括：
步骤11：如果一条传感数据占用N字节，需要保存M条记录，则需要分配(N+L)×M字节的空间，其中每条记录需要一个L字节的记录号R，记录号R取值从1到S，要求M≤((S+1)/2)；
在图2中，M＝8，S＝15，R的取值为1到15，8≤((15+1)/2)；
步骤12：在分配空间后，全部记录的记录号置为0；记录号0则表示空白记录；记录号不为0则表示有效数据记录，有效数据记录号从1到(2c×8-1)，按1递增，有效数据记录号为(2c×8-1)时，递增1后变为1。空白记录和有效数据记录都有一个位置编号，位置编号从1到M，存储区域开始处的位置编号为1，随后按1递增,位置编号为M时，递增后变为1。
在图2中，M＝8，S＝15，位置编号为1到8，记录号为1到15；最大位置编号＝8，最小位置编号＝1；最大记录号＝15，最小记录号＝1。
所述操作位置计算步骤2中，包括：
步骤21：从分配的存储区域头部开始，逐条读取每个记录的记录号。如果记录号为0，则表示空白记录；如果记录号不为0，则表示有效数据记录。读取过程中，记下最小的有效数据记录号MinR及其位置编号MinL，记下最大的有效数据记录号MaxR及其位置编号MaxL；
在图2(a)中，MinR＝12,MaxR＝14,MinL＝2,MaxL＝4；
在图2(b)中，MinR＝12,MaxR＝14,MinL＝7，MaxL＝1；
在图2(c)中，MinR＝1,MaxR＝15,MinL＝5，MaxL＝4；
在图2(d)中，MinR＝1,MaxR＝15,MinL＝1，MaxL＝8。
步骤22：存储区域逐条记录读取完成后，如果MinR＝MaxR，则表示没有有效数据记录，设置MinR＝MaxR＝0，MinL＝MaxL＝1；如果(MaxR-MinR)<M，则MinR为存储区域的头部，其位置编号为MinL，MaxR为存储区域的尾部，其位置编号为MaxL；如果(MaxR-MinR)≥M，则表明记录号进行了一次循环，存储区域中记录号大于(S/2)且记录号与S相差最大的有效记录为存储区域的头部，其位置编号为MinL,存储区域中记录号小于(S/2)且记录号与S相差最小的有效记录为存储区域的尾部，其位置编号为MaxL。
在图2(a)和图2(b)中，(MaxR-MinR)＝(14-12)＝2<8；MinL和MaxL分别是头部和尾部；
在图2(c)中，(MaxR-MinR)＝(15-1)＝14>8；从(15/2)＝7到15的有效记录中，有效记录号13与15相差最大，头部MinL＝2；从1到(15/2)＝7的有效记录中，有效记录号2与15相差最小，尾部MaxL＝6；
在图2(d)中，(MaxR-MinR)＝(15-1)＝14>8；从(15/2)＝7到15的有效记录中，有效记录号13与15相差最大，头部MinL＝6；从1到(15/2)＝7的有效记录中，有效记录号2与15相差最小，尾部MaxL＝2；
所述增加数据步骤3中，包括：
步骤31：如果MaxL＝MinL，且MaxL位置处为空白记录，则进行本步骤，否则转步骤32。将新数据保存在(MaxL+1)位置处，新的尾部保持不变；新数据的记录号为1；新的头部保持不变；结束步骤3；
例如，MaxL＝MinL＝1，表示存储区没有数据，直接在位置编号1处写入新记录，新记录的记录号为1。
步骤32：如果(MaxL+1)≤M，且(MaxL+1)位置处为空白记录，则进行本步骤，否则转步骤33。将新数据保存在(MaxL+1)位置处，新的尾部为MaxL递增1，如果递增后MaxL>M，则MaxL＝1；新数据的记录号为尾部的记录号递增1，如果递增后的记录号>S，则新数据的记录号＝1；新的头部保持不变；结束步骤3；
例如，MaxL＝1，M＝8，位置编号2处为空白，则新数据保存到位置编号2处，MaxL＝2，如果MaxL>8，则MaxL＝1；新数据的记录号为位置编号1处记录号递增1，如果递增后的记录号>15，则记录号变为1。
步骤33：如果(MaxL+1)≤M，且(MaxL+1)位置处不为空白记录，则进行本步骤，否则转步骤34。将新数据保存在(MaxL+1)位置处，新的尾部为MaxL递增1，如果递增后MaxL>M，则MaxL＝1；新数据的记录号为尾部的记录号递增1，如果递增后的记录号>S，则新数据的记录号＝1；新的头部为MinL递增1，如果递增后MinL>M，则MinL＝1；结束步骤3；
例如，MaxL＝1，M＝8，位置编号2处不为空白，这时MinL＝2，则新数据保存到位置编号2处，MaxL＝2，如果MaxL>8，则MaxL＝1；新数据的记录号为位置编号1处记录号递增1，如果递增后的记录号>15，则记录号变为1；新的头部MinL递增1后，MinL＝3，如果MinL>8，则MinL＝1。
步骤34：如果(MaxL+1)>M，且(MaxL+1-M)位置处为空白记录，则进行本步骤，否则转步骤35。将新数据保存在(MaxL+1-M)位置处，新的尾部为1；新数据的记录号为尾部的记录号递增1，如果递增后的记录号>S，则新数据的记录号＝1；新的头部保持不变；结束步骤3；
例如，MaxL＝8，M＝8，位置编号(8+1-8)＝1处为空白，则新数据保存到位置编号1处，MaxL＝1；新数据的记录号为位置编号8处记录号递增1，如果递增后的记录号>15，则记录号变为1。
步骤35：将新数据保存在(MaxL+1-M)位置处，新的尾部为1；新数据的记录号为尾部的记录号递增1，如果递增后的记录号>(2c×8-1)，则新数据的记录号＝1；新的头部为MinL递增1，如果递增后MinL>M，则MinL＝1；结束步骤3。
例如，MaxL＝8，M＝8，位置编号(8+1-8)＝1处不为空白，这时MinL＝1，则新数据保存到位置编号1处，MaxL＝1；新数据的记录号为位置编号8处记录号递增1，如果递增后的记录号>15，则记录号变为1；新的头部MinL递增1后，MinL＝2，如果MinL>8，则MinL＝1。
所述删除数据步骤4中，包括：
步骤41：如果MinL＝MaxL，且MinL位置处为空白记录，则结束步骤4，否则转步骤42；
例如，MaxL＝MinL＝1，且MinL位置处为空白记录，表示存储区没有数据，不能删除数据。
步骤42：如果MinL＝MaxL，且MinL位置处不为空白记录，则进行本步骤，否则转步骤43。将Min位置处的记录号设置为0，新的尾部和头部保持不变；结束步骤4；
例如，MaxL＝MinL＝1，且MinL位置处不为空白记录，表示只有一条有效记录，则将位置编号1处的记录号设置为0，MinL和MaxL保持不变。
步骤43：将Min位置处的记录号设置为0；新的头部为MinL递增1，如果递增后MinL>M，则MinL＝1；新的尾部保持不变；结束步骤4。
例如，MinL＝1，maxL＝3，则将位置编号1处的记录号设置为0，MinL递增1后，MinL＝2,如果MinL>8，则MinL＝1；MaxL保持不变。
本发明的传感节点非易失存储器数据管理的方法，解决了非易失存储器的均匀擦写问题，提高非易失存储器的可靠性，延长其使用期限，同时能够满足传感节点存储最新传感数据的要求。因此，本发明在物联网领域中将发挥重要作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种传感节点非易失存储器数据管理的方法，其特征在于，包括：
根据要保存的数据量，在非易失存储器中初始化适当大小的存储区域；如果一条传感数据占用N字节，需要保存M条记录，则分配(N+L)×M字节的空间，其中每条记录需要一个L字节的记录号R，记录号R取值从1到S，M≤((S+1)/2)；
从分配的存储区域头部开始，逐条读取每个记录的记录号，如果记录号为0，则表示空白记录；如果记录号不为0，则表示有效数据记录，读取过程中，记下最小的有效数据记录号MinR及其位置编号MinL，记下最大的有效数据记录号MaxR及其位置编号MaxL；
存储区域逐条记录读取完成后，如果MinR＝MaxR，则表示没有有效数据记录，设置MinR＝MaxR＝0，MinL＝MaxL＝1；如果(MaxR-MinR)<M，则MinR为存储区域的头部，其位置编号为MinL，MaxR为存储区域的尾部，其位置编号为MaxL；如果(MaxR-MinR)≥M，则表明记录号进行了一次循环，存储区域中记录号大于S/2且记录号与S相差最大的有效记录为存储区域的头部，其位置编号为MinL,存储区域中记录号小于S/2且记录号与S相差最小的有效记录为存储区域的尾部，其位置编号为MaxL；
每次增加新数据时，将数据写在存储区域的尾部包括：
步骤一：如果MaxL＝MinL，且MaxL位置处为空白记录，则进行本步骤，将新数据保存在MaxL+1位置处，新的尾部保持不变；新数据的记录号为1；新的头部保持不变；并转步骤六；否则转步骤二；
步骤二：如果(MaxL+1)≤M，且MaxL+1位置处为空白记录，则继续进行本步骤；将新数据保存在MaxL+1位置处，新的尾部为MaxL递增1，如果递增后MaxL>M，则MaxL＝1，新数据的记录号为尾部的记录号递增1，如果递增后的记录号>S，则新数据的记录号＝1，新的头部保持不变，并转步骤六；否则，转步骤三；
步骤三：如果(MaxL+1)≤M，且(MaxL+1)位置处不为空白记录，则进行本步骤；将新数据保存在(MaxL+1)位置处，新的尾部为MaxL递增1，如果递增后MaxL>M，则MaxL＝1；新数据的记录号为尾部的记录号递增1，如果递增后的记录号>S，则新数据的记录号＝1；新的头部为MinL递增1，如果递增后MinL>M，则MinL＝1；并转步骤六；否则转步骤四；
步骤四：如果(MaxL+1)>M，且(MaxL+1-M)位置处为空白记录，则进行本步骤；将新数据保存在(MaxL+1-M)位置处，新的尾部为1；新数据的记录号为尾部的记录号递增1，如果递增后的记录号>S，则新数据的记录号＝1；新的头部保持不变，并转步骤六；否则转步骤五；
步骤五：将新数据保存在(MaxL+1-M)位置处，新的尾部为1；新数据的记录号为尾部的记录号递增1，如果递增后的记录号>S，则新数据的记录号＝1；新的头部为MinL递增1，如果递增后MinL>M，则MinL＝1；并转步骤六；
步骤六，结束；
每次删除旧数据时，从存储区域的头部删除数据。
2.如权利要求1所述的传感节点非易失存储器数据管理的方法，其特征在于，根据要保存的数据量，在非易失存储器中初始化适当大小的存储区域还包括：
在分配空间后，全部记录的记录号置为0；记录号0则表示空白记录；记录号不为0则表示有效数据记录，有效数据记录号从1到S，按1递增，空白记录和有效数据记录都有一个位置编号，位置编号从1到M，存储区域开始处的位置编号为1，随后按1递增。
3.如权利要求2所述的传感节点非易失存储器数据管理的方法，其特征在于，每次删除旧数据时，从存储区域的头部删除数据，包括：
如果MinL＝MaxL，且MinL位置处为空白记录，则结束，否则继续；
如果MinL＝MaxL，且MinL位置处不为空白记录，则将Min位置处的记录号设置为0，新的尾部和头部保持不变，并结束；否则继续；
将Min位置处的记录号设置为0，新的头部为MinL递增1，如果递增后MinL>M，则MinL＝1；新的尾部保持不变；结束。
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