CN110489236A - 一种物联网卡及其实现flash负载均衡的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种物联网卡及其实现FLASH负载均衡的方法。所述物联网包括数据存储区和控制区；所述数据存储区包括均衡区，用于存储高频更新文件；所述控制区用于当接收到外部设备高频更新文件数据操作指令时，从所述均衡区中轮询有效均衡页，根据所述高频更新文件数据操作指令对所述有效均衡页进行数据文件操作。采用本申请提供的FLASH负载均衡机制改善了物联网产品FLASH的可靠性和耐用性，使之适应不同的生产环境，减少因FLASH擦写异常导致的产品质量故障，提高物联网卡的经济效益。

Description

一种物联网卡及其实现FLASH负载均衡的方法

技术领域

本申请涉及计算机技术领域，尤其涉及一种物联网卡及其实现FLASH负载均衡的方法。

背景技术

在通信系统中物联网卡负责入网鉴权的作用。物联网卡由于其使用场景丰富、环境复杂，如电源不稳定、电磁干扰、高温等因素的存在，使芯片在非正常工作条件下运行工作，可能导致FLASH使用寿命缩短，降低FLASH的稳定性。另外，由于FLASH自身物理特性决定其擦写次数有限，FLASH单页的擦写次数典型值约为10万次。此外，在物联网卡系统运行中存在持续更新存储在FLASH中的入网关键数据的情况，导致频繁擦写FLASH操作。当FLASH擦写次数达到上限后，可能导致该页面关键数据损坏。

为了改善上述现象，减少坏卡，需设计Flash擦写均衡机制，增强特定关键数据页的擦写寿命。

现如今，业界广泛通过软件设计来提高FLASH的耐用性，实现FLASH负载均衡。FLASH负载均衡机制在微控制器技术上是一项重要设计，可以分析FLASH存储空间使用情况，使得数据每次能重写到FLASH中的不同地址空间中，而不是持续写到FLASH中的同一个固定地址空间。使用负载均衡机制，最大限度的使用FLASH存储单元，尽量减少FALSH同一存储单元的损耗程度，从而可以延长FLASH的使用寿命。

而现有的FLASH负载均衡机制实现上存在一定的差异性、局限性。比如有的只使用两个FLASH页面轮询，便于编程实现，但对于延长FLASH寿命有限。有的为降低资源浪费，引入相对擦写次数作为阀值门限设计FLASH负载均衡算法，导致算法复杂度增加，增加实现难度，降低性能。有的均衡机制设计需要频繁更新管理表数据，包括映射表、位图表和最后使用块号表，导致整个均衡设计难度以及风险增加。

发明内容

本申请提供了一种物联网卡，包括数据存储区和控制区；

所述数据存储区包括均衡区，用于存储高频更新文件；

所述控制区用于当接收到外部设备高频更新文件数据操作指令时，从所述均衡区中轮询有效均衡页，根据所述高频更新文件数据操作指令对所述有效均衡页进行数据文件操作。

如上所述的物联网卡，其中，所述均衡区包括连续空间的N个均衡页，每个均衡页分配对应的均衡页序列号。

如上所述的物联网卡，其中，为均衡区设置用于映射均衡区以及映射均衡页的有效性的均衡页管理表，所述均衡页管理表中记录均衡区有效标识、以及均衡页每页的生命状态标识。

如上所述的物联网卡，其中，所述数据存储区还包括数据区和备份区，所述数据区用于存储低频更新文件，所述备份区用于备份均衡页管理表数据。

如上所述的物联网卡，其中，均衡页的数据存储结构为：校验域+计数域+长度域+数据域；

校验域用于存储根据计数域、长度域和数据域使用校验算法进行校验运算得到的校验值；

计数域作为计数器记录请求写入高频更新文件数据的次数；

长度域用于存储写入的高频更新文件数据的长度；

数据域，用于存储高频更新文件数据。

本申请还提供一种实现FLASH负载均衡的方法，应用于上述物联网卡，包括：

响应于外部设备高频更新文件数据操作指令，从均衡区中轮询有效均衡页；

根据所述高频更新文件数据操作指令对所述有效均衡页进行数据文件操作。

如上所述的实现FLASH负载均衡的方法，其中，从均衡页中轮询有效均衡页，具体为：查找均衡页结构数据中计数域值最大的均衡页面作为有效均衡页；或查询均衡页页面数据无效时停止轮询，将当前均衡页页面作为有效均衡页；具体包括如下子步骤：

步骤S11、判断当前页是否小于均衡页总数，如果是，则执行步骤S12，否则遍历结束；

步骤S12、判断当前页是否有效，如果是，则执行步骤S13，否则更新当前页码，返回执行步骤S11；

步骤S13、检查当前页数据是否完整有效，如果是，则执行步骤S14，否则结束；

步骤S14、获取并判断计数域的值，若未达到最大值，则保存相应有效页序列号至外部存储器中，否则结束。

如上所述的实现FLASH负载均衡的方法，其中，当所述高频更新文件数据操作指令为写FLASH指令时，对所述有效均衡页进行数据文件操作具体包括如下子步骤：

步骤S21、查询均衡页管理表，判断是否存在有效页面，如果是，则执行步骤S22，否则进入异常处理，结束；

步骤S22、轮询均衡区找到计数域最大的有效均衡页，将有效均衡页中的数据读入外部存储器中，在外部存储器中组织该有效均衡页的数据和待写入的高频更新文件数据；

步骤S23、将计数域最小的均衡页作为目标均衡页，将外部存储器组织的数据写入目标均衡页中；

步骤S24、写入成功后，使用备份机制更新生命状态标识相应标示位，返回执行步骤S21。

如上所述的实现FLASH负载均衡的方法，其中，所述备份机制具体包括如下子步骤：

步骤S31、将均衡页管理表的数据写入备份区；

步骤S32、在此过程中若发生掉电，则在重新上电后，检查备份区是否有数据需要恢复，如果是，则执行步骤S33，否则说明数据写入已成功，退出；

步骤S33、将备份区数据恢复至均衡页管理表地址中。

如上所述的实现FLASH负载均衡的方法，其中，当所述高频更新文件数据操作指令为读FLASH指令时，对所述有效均衡页进行数据文件操作具体包括如下子步骤：

步骤S41、查询均衡页管理表，判断是否存在有效页面，如果是，则执行步骤S42，否则进入异常处理，结束；

步骤S42、从均衡区查找有效源均衡页，读取源均衡页中的数据至外部存储器；

步骤S43、检查外部存储器中的源均衡页的数据是否合法，如果是，则对源均衡页的数据进行解析，得到高频更新文件数据，否则异常退出。

本申请实现的有益效果如下：采用本申请提供的FLASH负载均衡机制改善了物联网产品FLASH的可靠性和耐用性，使之适应不同的生产环境，减少因FLASH擦写异常导致的产品质量故障，提高物联网卡的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例一提供的物联网卡示意图；

图2是本申请实施例一提供的均衡区数据结构示意图；

图3是本申请实施例二提供的物联网卡实现FLASH负载均衡的方法流程图；

图4是轮询有效均衡页的方法流程图；

图5是当接收到写FLASH指令时向均衡区写数据的方法流程图；

图6是均衡管理表的备份机制的具体操作流程图；

图7是当接收到读FLASH指令时从均衡区读数据的方法流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

为了减少物联网卡FLASH擦写次数，本申请实施例一提供一种能够实现FLASH负载均衡的物联网卡，如图1所示，所述物联网卡包括FLASH数据存储区和控制区。

其中，预先将物联网卡的FLASH数据存储区划分为数据区、均衡区和备份区，将低频更新文件的数据存储在数据区，将高频更新文件的数据存储在均衡区，备份区用于更新均衡页管理表时在备份区进行备份机制处理，备份均衡区中需要备份的均衡页管理表数据，保证均衡页管理表的完整性；

需要说明的是，本申请中提到的高频更新文件和低频更新文件指的是文件擦写FLASH的频率，其中，可根据实际需要预先设定文件的更新频率为高频或低频，也可以在实际操作中根据文件的更新频率进行重新划分高频或低频。

其中，数据区和备份区的数据结构采用现有数据结构进行存储，另外备份区也可用作数据区数据的备份，在此均不作赘述。以下对均衡区的数据结构进行详细描述。

如图2所示的均衡区数据结构，具体地，将均衡区划分为连续空间的N个基本存储单元，即划分N个均衡页，根据不同芯片的特性为均衡区设置合适的页面大小；并为每个均衡页分配均衡页序列号，即0～(N-1)，并将均衡页序列号保存在随机内存中，用于映射计算均衡页的物理地址，保证快速找到有效均衡页。

其中，每个均衡页的数据存储结构为：校验域+计数域+长度域+数据域；

校验域用于存储根据计数域、长度域和数据域使用校验算法进行校验运算得到的校验值，保证均衡页写入数据的完整性，从而确保FLASH页面的可靠性，校验域中的校验算法包括但不限于异或、CRC、哈希等；

计数域作为计数器记录请求写入数据的次数，当有新的高频更新文件数据写入请求时计数域连续加1；在轮询均衡页非坏页的情况下，最大的计数器值表示此均衡页最新值有效页，最小的计数器值表示此均衡页最旧值有效页；

长度域用于存储写入高频更新文件数据的长度；

数据域，用于存储高频更新文件数据，优选地将高频更新文件以TLV(tag标签+length长度+value值)数据结构链进行存储，除此之外还可以存储不同的短长度数据对象。

另外，为均衡区设置均衡页管理表，用于映射均衡区，以及映射均衡页的有效性即映射均衡页是否为坏页；可选地，均衡页管理表结构内容长度为4字节，其中，第一个字节代表均衡区有效页面剩余标识，当有效页面剩余1页时，将该字节清0；后三个字节的每个字节的比特位对应均衡区每页的生命状态标识，当某一均衡页寿命达到极限时，将该均衡页对应的比特位清0。

另外，控制区用于当接收到外部设备(即连接物联网卡的外部设备)发送的高频更新文件数据操作指令时，从均衡区中轮询有效均衡页，根据高频更新文件数据操作指令对有效均衡页进行数据文件操作；

其中，高频更新文件数据操作指令包括读FLASH指令和写FLASH指令；当物联网卡接收到写FLASH指令时，从均衡区中轮询有效均衡页，然后将写FLASH指令中新的高频更新文件数据写入轮询到的有效均衡页；当物联网卡接收到写FLASH指令时，从均衡区中轮询有效均衡页，然后根据读FLASH指令中的地址从有效均衡页中读出对应的数据。

实施例二

本申请实施例二提供的是基于实施例一的物联网卡实现FLASH负载均衡的方法，如图3所示，包括如下步骤：

步骤310、响应于外部设备高频更新文件数据操作指令，从均衡区中轮询有效均衡页；

本申请实施例中，从均衡区中轮询有效均衡页，具体为从第一页开始遍历，查询有效数据页，如图4所示，具体包括如下步骤：

步骤410、判断当前页是否小于均衡页总数，如果是，则执行步骤420，否则遍历结束；

具体地，从第一页开始遍历，设置当前页码变量i＝0；

在当前页码i值更新过程中，当判定当前页码i小于均衡页总数N，则执行步骤420。

步骤420、判断当前页是否有效，如果是，则执行步骤430，否则更新当前页码，返回执行步骤410；

具体地，判断当前页是否有效，即判断当前页是否为坏页，如果是坏页，则将当前页码变量i自加1(即i++)，返回执行步骤410，如果不是坏页，则继续执行步骤430。

步骤430、检查当前页数据是否完整有效，如果是，则执行步骤440，否则结束；

具体地，获取当前均衡页的数据，根据均衡页的结构(校验域+计数域+长度域+数据域)进行校验计算，即根据计数域、长度域和数据域进行校验运算，比对运算结果和校验域是否匹配，若匹配则当前页数据完整有效，否则校验计算错误，完成轮询均衡区有效页的查询。

步骤440、获取并判断计数域的值是否达到最大值，如果是，更新当前页码，返回执行步骤410，否则结束；

具体地，若当前的计数域大于上一次的计数域，则保存计数域值和当前页码i(即均衡页序列号)，然后将当前页码变量i自加1，返回执行步骤410，否则完成轮询均衡区有效页的查询；

在轮询过程中重复执行上述步骤，直至完成轮询均衡区有效页的查询或发生异常。

返回参见图3，步骤320、根据高频更新文件数据操作指令对有效均衡页进行数据文件操作；

其中，根据高频更新文件数据操作指令对有效均衡页进行数据文件操作，具体包括写FLASH指令和读FLASH指令；

如图5所示，当接收到写FLASH操作时，向均衡区中写入高频更新文件数据的具体方法如下：

步骤510、查询均衡页管理表，判断是否存在有效页面，如果是，则执行步骤520，否则进入异常处理，结束；

步骤520、轮询均衡区找到计数域最大的有效均衡页，将有效均衡页中的数据读入外部存储器中，在外部存储器中组织该有效均衡页的数据和待写入的高频更新文件数据，将计数域最小的均衡页作为目标均衡页；

步骤530、将外部存储器的数据写入目标均衡页中；

步骤540、写入成功后使用备份机制更新生命状态标识相应标示位，返回执行步骤510；

可选地，在均衡页管理表更新时为了防止掉电带来的数据丢失，采用了掉电保护机制，即均衡页管理表采用备份机制进行更新；重复执行上述步骤，直至写目标页数据成功或发生异常。

其中，如图6所示，所述备份机制具体如下：

步骤610、将均衡页管理表的数据写入备份区；

步骤620、在此过程中若发生掉电，则在重新上电后，检查备份区是否有数据需要恢复，如果是，则执行步骤630，否则说明数据写入已成功，退出。

具体地，在数据备份完成后将备份完成标识置位，在重新上电后检查该备份完成标识是否置位，若置位则进行数据恢复操作，否则说明没有需要恢复的数据。

步骤630、将备份区数据恢复至均衡页管理表地址中。

如图7所示，当接收到读FLASH操作时，从均衡区中读取高频更新文件数据的具体方法如下：

步骤710、查询均衡页管理表，判断是否存在有效页面，如果是，则执行步骤720，否则进入异常处理，结束；

步骤720、从有效均衡页中查找源均衡页，读取源均衡页中的数据至外部存储器；

具体地，查询均衡页的计数域值最大的页面即为最新数据页面地址，将其作为源均衡页。

步骤730、检查外部存储器中的源均衡页的数据是否合法，如果是，则对源均衡页的数据进行解析，得到高频更新文件数据，否则异常退出；

可选地，当采用TLV格式存储高频更新文件时，相应地采用TLV格式解析源均衡页中的数据，得到高频更新文件数据。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种物联网卡，其特征在于，包括数据存储区和控制区；

所述数据存储区包括均衡区，用于存储高频更新文件；

所述控制区用于当接收到外部设备高频更新文件数据操作指令时，从所述均衡区中轮询有效均衡页，根据所述高频更新文件数据操作指令对所述有效均衡页进行数据文件操作。

2.如权利要求1所述的物联网卡，其特征在于，所述均衡区包括连续空间的N个均衡页，每个均衡页分配对应的均衡页序列号。

3.如权利要求1所述的物联网卡，其特征在于，为均衡区设置用于映射均衡区以及映射均衡页的有效性的均衡页管理表，所述均衡页管理表中记录均衡区有效标识、以及均衡页每页的生命状态标识。

4.如权利要求3所述的物联网卡，其特征在于，所述数据存储区还包括数据区和备份区，所述数据区用于存储低频更新文件，所述备份区用于备份均衡页管理表数据。

5.如权利要求1-4任意一项所述的物联网卡，其特征在于，均衡页的数据存储结构为：校验域+计数域+长度域+数据域；

校验域用于存储根据计数域、长度域和数据域使用校验算法进行校验运算得到的校验值；

计数域作为计数器记录请求写入高频更新文件数据的次数；

长度域用于存储写入的高频更新文件数据的长度；

数据域，用于存储高频更新文件数据。

6.一种实现FLASH负载均衡的方法，应用于如权利要求1-5中任意一项所述的物联网卡，其特征在于，包括：

响应于外部设备高频更新文件数据操作指令，从均衡区中轮询有效均衡页；

根据所述高频更新文件数据操作指令对所述有效均衡页进行数据文件操作。

7.如权利要求6所述的实现FLASH负载均衡的方法，其特征在于，从均衡页中轮询有效均衡页，具体为：查找均衡页结构数据中计数域值最大的均衡页面作为有效均衡页；或查询均衡页页面数据无效时停止轮询，将当前均衡页页面作为有效均衡页；具体包括如下子步骤：

步骤S11、判断当前页是否小于均衡页总数，如果是，则执行步骤S12，否则遍历结束；

步骤S12、判断当前页是否有效，如果是，则执行步骤S13，否则更新当前页码，返回执行步骤S11；

步骤S13、检查当前页数据是否完整有效，如果是，则执行步骤S14，否则结束；

步骤S14、获取并判断计数域的值，若未达到最大值，则保存相应有效页序列号至外部存储器中，否则结束。

8.如权利要求6所述的实现FLASH负载均衡的方法，其特征在于，当所述高频更新文件数据操作指令为写FLASH指令时，对所述有效均衡页进行数据文件操作具体包括如下子步骤：

步骤S21、查询均衡页管理表，判断是否存在有效页面，如果是，则执行步骤S22，否则进入异常处理，结束；

步骤S22、轮询均衡区找到计数域最大的有效均衡页，将有效均衡页中的数据读入外部存储器中，在外部存储器中组织该有效均衡页的数据和待写入的高频更新文件数据；

步骤S23、将计数域最小的均衡页作为目标均衡页，将外部存储器组织的数据写入目标均衡页中；

步骤S24、写入成功后，使用备份机制更新生命状态标识相应标示位，返回执行步骤S21。

9.如权利要求8所述的实现FLASH负载均衡的方法，其特征在于，所述备份机制具体包括如下子步骤：

步骤S31、将均衡页管理表的数据写入备份区；

步骤S32、在此过程中若发生掉电，则在重新上电后，检查备份区是否有数据需要恢复，如果是，则执行步骤S33，否则说明数据写入已成功，退出；

步骤S33、将备份区数据恢复至均衡页管理表地址中。

10.如权利要求6所述的实现FLASH负载均衡的方法，其特征在于，当所述高频更新文件数据操作指令为读FLASH指令时，对所述有效均衡页进行数据文件操作具体包括如下子步骤：

步骤S41、查询均衡页管理表，判断是否存在有效页面，如果是，则执行步骤S42，否则进入异常处理，结束；

步骤S42、从有效均衡页中查找有效源均衡页，读取源均衡页中的数据至外部存储器；

步骤S43、检查外部存储器中的源均衡页的数据是否合法，如果是，则对源均衡页的数据进行解析，得到高频更新文件数据，否则异常退出。