CN109597580B - 适用于智能电表负荷曲线存储的flash操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于智能电表负荷曲线存储的flash操作方法，通过建立镜像区、数据存储指针和数据分段缓存的方法，实现了flash中对负荷曲线数据的循环存储、数据读取和向前修改时间点的数据操作。本发明大大简化了负荷曲线应用层的设计逻辑，避免了对整个sector擦写造成的数据丢失，减少了RAM开销，延长了flash的使用寿命，在极端情况下也完全满足寿命要求。

Description

适用于智能电表负荷曲线存储的flash操作方法
技术领域
本发明涉及一种适用于智能电表负荷曲线存储的flash操作方法。
背景技术
随着智能电表的推广，用户对其功能提出了越来越高的要求。负荷曲线存储是一种很常用且非常重要的功能。电表按某一固定间隔周期(如1分钟、5分钟、10分钟等)记录电表运行过程中的电压、电流、电量等信息，然后将这些信息按时间顺序绘制成负荷曲线。
负荷曲线占用的存储空间非常大，假设每隔15分钟记录一次负荷信息，那么记录90天的数据就需要1M以上的空间。因此，在智能电表设计中一般采用flash作为负荷曲线的存储器件。
flash的擦除操作一般按照sector进行，即每次至少擦除一个sector占用的空间，flash的一个sector一般为4K字节，flash每个sector的擦写寿命一般为10万次。
负荷曲线数据需要进行循环存储，即负荷曲线数据记录到存储区的末尾时，下一次存储负荷曲线数据会覆盖最早的一条记录。负荷曲线数据的另一个特点是，如果用户向前修改智能电表的时间，负荷曲线需要擦除修改时间点之后的所有数据，并从该修改的时间点继续记录。
源于flash的操作特点，目前负荷曲线存储处理存在以下缺陷：
1)负荷曲线数据进行循环存储的时候，每次擦除时整个sector的数据都会被擦除掉，导致数据丢失；
2)如果用户向前修改智能电表的时间，在智能电表的单片机中需要开辟一个sector大小的RAM区域(一般为4K字节)，用于缓存要修改的时间点所在的sector内的数据，在开辟的缓存区域中，将修改的时间点之前的数据保留，时间点之后的数据清除，再将数据写回相应的sector中，这对RAM较小的单片机，比如51系列单片机，开销是巨大的。
发明内容
本发明提出了一种适用于智能电表负荷曲线存储的flash操作方法，其目的在于：(1)避免擦除整个sector时丢失数据；(2)减小RAM开销。
本发明技术方案如下：
一种适用于智能电表负荷曲线存储的flash操作方法，步骤为：
1)对flash按N:1的比例建立存储区和镜像区，N为正整数，所述镜像区包含若干镜像块，所述存储区包含数量为镜像块N倍的存储块，每N个存储块共用一个镜像块，镜像块与存储块的大小一致；
2)建立存储指针Psave，用于标识当前负荷曲线数据的存储地址，存储指针在上电时刻加载至RAM中；
3)在RAM中建立缓存区，存储块的大小为缓存区大小的整数倍；
4)在负荷曲线发生循环存储时，按照如下步骤进行：根据Psave定位到记录当前负荷曲线数据的存储块Snow以及Snow所对应的镜像块Simage，然后将Simage擦除，再将Snow中的数据通过缓存区分批存入Simage中，然后将Snow的数据擦除，此后直接将负荷曲线数据写入到Snow中，直至Snow写满后再次根据Psave定位新的Snow与Simage继续存储。
作为本发明的进一步改进：读取负荷曲线数据时，判断要读取的地址Addr是否在当前的Snow中：
如果在Snow中，则先读取Snow中Addr所指向的数据，如果读出的数据为0xff，表明Snow当前已经被擦除，则继续读取Snow所对应的Simage中Addr对应位置的数据，并将Simage的数据作为正确数据，如果读出的数据不是0xff，则继续读取且将Snow的数据作为正确数据；
如果读取的地址不在Snow中，则直接读取Addr地址所指向的数据。
作为本发明的进一步改进：在负荷曲线发生向前修改时间的操作时，步骤为：查找要修改的时间点所在的负荷曲线记录地址Addr′，根据Addr′计算出要修改的时间点所在的存储块Snow’以及Snow’对应的镜像块Simage’，再将Simage’擦除，然后从Snow’起始地址至Addr′之间的数据通过缓存区分批存入Simage’中，再将Snow’的数据擦除，然后将Simage’中的数据通过缓存区分批写回Snow’中，而后从Addr′处继续写入。
作为本发明的进一步改进：为存储块与镜像块分别按顺序编号，将存储块编号用Index表示，对应的镜像块编号用Indeximage表示，则：当
Figure BDA0001889355670000031
时，对应的
Figure BDA0001889355670000032
当
Figure BDA0001889355670000033
时，对应的
Figure BDA0001889355670000041
Figure BDA0001889355670000042
取整除计算后的整数。
作为本发明的进一步改进：所述根据Psave定位到记录当前负荷曲线数据的存储即Snow以及Snow所对应的镜像块Simage的具体步骤为：
首先根据公式
Figure BDA0001889355670000043
得到Snow的存储块编号，size为存储块大小，然后根据Index求得对应的Indeximage即为Simage的镜像块编号。
相对于现有技术，本发明具有以下积极效果：(1)大大简化了负荷曲线应用层的设计逻辑，循环存储时，所擦除的是镜像sector中的数据，该数据只是上一轮存储时放置在镜像sector中的旧数据，而非当前连续的负荷曲线数据的起始数据，同时当前的起始数据会被写入镜像sector后再对待写入的sector进行擦除，避免了数据丢失；(2)通过缓存区分批进行sector间的数据转移，减少了RAM开销。
附图说明
图1是本发明负荷曲线循环存储的流程示意图。
图2是本发明读取负荷曲线数据的流程示意图。
图3是本发明向前修改时间flash的操作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的技术方案：
不失一般性，假设flash的存储空间为4M字节，每个sector即块的大小为4K字节。为方便计算，假设flash共包含1000个4K字节sector。
一种适用于智能电表负荷曲线存储的flash操作方法，步骤为：
1)对flash按4:1的比例建立存储区和镜像区，所述镜像区包含若干镜像块，所述存储区包含数量为镜像块4倍的存储块，每4个存储块共用一个镜像块，4M字节的flash芯片分配800K字节的镜像区，每个镜像块的大小为4K字节即一个sector，共包含200个镜像块，剩余空间是用于数据存储的存储块，共800个存储块；
为存储块与镜像块分别按顺序编号，将存储块编号用Index表示，对应的镜像块编号用Indeximage表示，则：
当
Figure BDA0001889355670000051
时，对应的
Figure BDA0001889355670000052
当
Figure BDA0001889355670000053
时，对应的
Figure BDA0001889355670000054
Figure BDA0001889355670000055
取整除计算后的整数。
2)建立存储指针Psave，用于标识当前负荷曲线数据的存储地址，存储指针在上电时刻加载至RAM中，占用4字节空间，；
3)在RAM中建立缓存区，缓存区的大小可根据单片机的实际内存分配，本实施例为512字节；
4)如图1，在负荷曲线发生循环存储时，按照如下步骤进行：
4a)首先根据公式
Figure BDA0001889355670000056
得到Psave对应的当前存储块Snow的编号；
4b)根据Index求得对应的Indeximage即为Snow所对应的镜像块Simage的编号；
4c)将Simage擦除；
4d)将Snow中的数据通过缓存区分8次存入Simage中；
4e)将Snow的数据擦除为0xff；
4f)此后直接将负荷曲线数据写入到Snow中，直至Snow写满后再次根据Psave定位新的Snow与Simage继续存储。
5)如图2，读取负荷曲线数据时，步骤为：
5a)判断要读取的地址Addr是否在当前的Snow中，如果不在，执行5b)，否则执行5c)；
5b)直接读取Addr地址所指向的数据作为正确数据返回；
5c)读取Snow中Addr所指向的数据，如果读出的数据不为0xff，执行5d)；否则表明Snow当前已经被擦除，执行5e)；
5d)直接读取Snow在Addr处的数据作为正确数据返回；
5e)计算Addr地址相对于Snow起始地址的偏移，继续读取Snow所对应的Simage中相同偏移位置的数据，并作为正确数据返回；
6)如图3，在负荷曲线发生向前修改时间的操作时，步骤为：
6a)查找要修改的时间点所在的负荷曲线记录地址Addr′；
6b)根据Addr′计算出要修改的时间点所在的存储块Snow’；
6c)根据Snow’定位到对应的镜像块Simage’；
6d)将Simage’擦除；
6e)从Snow’起始地址至Addr′之间的数据通过缓存区分8次存入Simage’中；
6f)将Snow’的数据擦除为0xff；
6g)将Simage’中的数据通过缓存区分8次写回Snow’中，而后从Addr′处继续写入。
按照电能表20年寿命设计，负荷曲线按照极端情况下1分钟记录一次，采用本发明的方案，对flash的sector最大擦写次数是1.5万次，满足flash寿命设计需要。

Claims (4)

1.一种适用于智能电表负荷曲线存储的flash操作方法，其特征在于步骤为：
1)对flash按N：1的比例建立存储区和镜像区，N为正整数，所述镜像区包含若干镜像块，所述存储区包含数量为镜像块N倍的存储块，每N个存储块共用一个镜像块，镜像块与存储块的大小一致；
2)建立存储指针Psave，用于标识当前负荷曲线数据的存储地址，存储指针在上电时刻加载至RAM中；
3)在RAM中建立缓存区，存储块的大小为缓存区大小的整数倍；
4)在负荷曲线发生循环存储时，按照如下步骤进行：根据Psave定位到记录当前负荷曲线数据的存储块Snow以及Snow所对应的镜像块Simage，然后将Simage擦除，再将Snow中的数据通过缓存区分批存入Simage中，然后将Snow的数据擦除，此后直接将负荷曲线数据写入到Snow中，直至Snow写满后再次根据Psave定位新的Snow与Simage继续存储；
在负荷曲线发生向前修改时间的操作时，步骤为：查找要修改的时间点所在的负荷曲线记录地址Addr′，根据Addr′计算出要修改的时间点所在的存储块Snow’以及Snow’对应的镜像块Simage’，再将Simage’擦除，然后从Snow’起始地址至Addr′之间的数据通过缓存区分批存入Simage’中，再将Snow’的数据擦除，然后将Simage’中的数据通过缓存区分批写回Snow’中，而后从Addr′处继续写入。
2.如权利要求1所述的适用于智能电表负荷曲线存储的flash操作方法，其特征在于：读取负荷曲线数据时，判断要读取的地址Addr是否在当前的Snow中：
如果在Snow中，则先读取Snow中Addr所指向的数据，如果读出的数据为Oxff，表明Snow当前已经被擦除，则继续读取Snow所对应的Simage中Addr对应位置的数据，并将Simage的数据作为正确数据，如果读出的数据不是Oxff，则继续读取且将Snow的数据作为正确数据；如果读取的地址不在Snow中，则直接读取Addr地址所指向的数据。
3.如权利要求1或2所述的适用于智能电表负荷曲线存储的flash操作方法，其特征在于：为存储块与镜像块分别按顺序编号，将存储块编号用Index表示，对应的镜像块编号用Indeximage表示，则：当
Figure FDA0003185666740000021
时，对应的
Figure FDA0003185666740000022
当
Figure FDA0003185666740000023
对，对应的
Figure FDA0003185666740000024
Figure FDA0003185666740000025
取整除计算后的整数。
4.如权利要求3所述的适用于智能电表负荷曲线存储的flash操作方法，其特征在于：所述根据Psave定位到记录当前负荷曲线数据的存储即Snow以及Snow所对应的镜像块Simage的具体步骤为：
首先根据公式
Figure FDA0003185666740000026
得到Snow的存储块编号，size为存储块大小，然后根据Index求得对应的Indeximage即为Simage的镜像块编号。
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