CN110968268B - 一种基于spiflash的存储管理方法及存储结构 - Google Patents

一种基于spiflash的存储管理方法及存储结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于spiflash的存储管理方法及存储结构，属于数据处理、存储的技术领域，其包括设定存储结构、初始化数据、写入数据以及读取数据，在整个过程中，采用轮流写入的方式，实现各个扇区的小块磨损均衡，能够显著提高使用寿命，且该方法易于实现，无需复杂的代码即可实现。

Description

一种基于spiflash的存储管理方法及存储结构
技术领域
本发明属于数据处理、存储的技术领域，具体而言，涉及一种基于spiflash的存储管理方法及存储结构。
背景技术
spiflash由于成本低廉，容量比eeprom大，所以在嵌入式系统中使用非常广泛。
spiflash由多个扇区组成，一个扇区大小为4KB，当需要将扇区内的某个二进制存储单元由“1”变为“0”时，可直接操作，但若想将“0”变为“1”，则需要擦除整个扇区，这样扇区内其它数据就被擦除，由于Spiflash每一个扇区可擦除次数一般是十万次，若数据写入非常频繁且巨大，则需要考虑磨损均衡以延长寿命；同时，嵌入式设备运行环境复杂，掉电的情况时有发生，将会导致spiflash的数据丢失。
由于spiflash的写入特性及其容量大的特点，必须有一种方法对flash存储进行管理，目前主要有两种管理方法，一种是用FAT文件系统，此方法速度慢，占用资源，而且在spiflash中使用此方法会使得部分数据块寿命大为降低，所以此方法并不适用于spiflash；另一种是按顺序直接操作数据块，此方法简单且效率高，但对数据的管理很弱，同时，上述两种方案都不能进行掉电保护，而嵌入式设备的运行环境复杂，掉电的情况时有发生，进而会导致嵌入式设备在运行环境下进行出现数据的丢失。
发明内容
鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种基于spiflash的存储管理方法及存储结构以达到能够提高寿命以及具备掉电保护并防止新数据出现丢失的情况。
本发明所采用的技术方案为：一种基于spiflash的存储管理方法，该方法包括：
(1)设定存储结构：将扇区划分为n个小块，n为2的幂数且各小块的第一字节作为标志字节，标志字节分为空闲块、数据头块、数据块以及脏块；
(2)初始化数据：根据待写数据信息分配扇区并在所有的扇区中搜索数据头块，若未搜索到数据头块，则执行步骤(3)；
若搜索到数据头块，则获取到该数据头块所在小块及其后面的小块中存储的原始数据信息，并执行步骤(4)；
(3)写数据：定义数据头块并将待写数据信息写入，执行步骤(5)；
(4)写数据：
a.从数据头块开始搜索，若搜索到空闲块，则进入步骤c；若该数据头块的所有扇区中并未搜索到空闲块，则进入步骤b；
b.将该数据头块所在扇区的下一扇区擦除，并返回至步骤a；
c.将该空闲块所在小块的标志字节修改为数据头块，并执行步骤d；
d.写入待写数据信息，直至所有数据写入完毕，并将上一个数据头块修改为数据块，执行步骤(5)；
(5)读数据：搜索到数据头块，依次读取数据头块后面的数据块所在小块，以获取全部数据信息。
进一步地，所述空闲块的标志字节为0xFF，数据头块的标志字节为0xEE，数据块的标志字节为0x88以及脏块的标志字节为0x00。
进一步地，各所述扇区被擦除后，各个扇区中所有小块的标志字节均为空闲块，各个小块写入数据后其标志字节为数据块，各个小块删除数据后其标志字节为脏块。
进一步地，在步骤c中，当空闲块所在小块的标志字节修改为数据头块，若此时断电，再次上电初始化后以第一个数据头块为准。
本发明还提供了一种基于spiflash的存储结构，该存储结构基于上述所述的基于spiflash的存储管理方法，其包括多个扇区，各所述扇区包括n个小块，n为2的幂数且各小块的第一字节设为标志字节，各个小块的大小为4096B/n；所述标志字节分为空闲块、数据头块、数据块以及脏块；
所述空闲块用于表示其所在小块等待写入数据；
所述数据头块用于表示其所在小块为数据的起始块；
所述数据块用于表示其所在小块存储有数据；
所述脏块用于表示其所在小块等待擦除。
进一步地，所述空闲块的标志字节为0xFF，数据头块的标志字节为0xEE，数据块的标志字节为0x88以及脏块的标志字节为0x00。
本发明的有益效果为：
1.采用本发明所提供的基于spiflash的存储管理方法，其通过设定存储结构、初始化数据、写入数据以及读取数据，在整个过程中，采用轮流写入的方式，实现各个扇区的小块磨损均衡，能够显著提高使用寿命，且该方法易于实现，无需复杂的代码即可实现。
2.采用本发明所提供的基于spiflash的存储管理方法，在当空闲块所在小块的标志字节修改为数据头块，若此时断电，再次上电初始化后以第一个数据头块为准，其实现了掉电保护功能，不会导致老数据的全部丢失。
附图说明
图1是本发明提供的基于spiflash的存储结构的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
实施例1
在本实施例中具体提供了一种基于spiflash的存储管理方法，通过本方法能够显著提高使用寿命，且该方法易于实现，无需复杂的代码即可实现，该方法包括：
(1)设定存储结构：在本实施例中，将扇区划分为4个小块，一个扇区的大小为4kB，则4个小块中各个小块的大小为4096/4＝1024B，其中，4为2的幂数且各小块的第一字节作为标志字节，由于每个小块的第一字节用来作为标志，剩下1023B则用于存储数据，标志字节分为空闲块、数据头块、数据块以及脏块，而不同标志字节代表不同的作用，具体如下：
空闲块的标志字节为0xFF，用于表示其所在小块等待写入数据；
数据头块的标志字节为0xEE，用于表示其所在小块为数据的起始块，当多个小块组成存储一组数据时，则通过数据头块判断数据存储的起始位置；
数据块的标志字节为0x88，用于表示其所在小块存储有数据；
脏块的标志字节为0x00，用于表示其所在小块等待擦除。
各个所述扇区被擦除后，其所有的小块(其存储单元)都是0xFF，即所有的小块都是空闲块；当小块写入数据后就将小块改为数据块；当小块删除数据后就改为脏块；而数据存储后需要知道数据的基本信息，基本信息则存储在数据头块所在的小块中。
(2)初始化数据：根据待写数据信息分配扇区，并在所有的扇区中搜索数据头块；例如：某种记录信息需保存1000条，则需要分配250(1000/4)扇区，而在实际应用中初始化数据存在以下两种情况：
一种是：当分配250的扇区均为空白的区域，则不会搜索到数据头块，执行步骤(3)；
另一种是：在这250个扇区中搜索到数据头块，数据头块所在小块中存储的是基本信息，数据头块后面的小块中存储第二条数据，依次类推，在搜索到数据头块和获取到数据信息后，初始化完成。
应当说明的是，在所分配的扇区中，各个扇区以及各个扇区的小块均是按照一定规律排列的(如顺序排列)，且呈闭环状的。
(3)写数据：将250个扇区中第一个扇区的第一小块作为数据头块，其余小块全部为空闲块，可将待写数据信息全部写入，完成数据写入操作；
(4)写数据：
a.从数据头块开始搜索，若搜索到空闲块，则进入步骤c；若该数据头块所在扇区并未搜索到空闲块，则进入步骤b；
b.将该数据头块所在扇区的下一扇区擦除，该扇区被擦除后，该扇区中所有小块的标志字节均为空闲块，并返回至步骤a；
c.将该空闲块所在小块的标志字节修改为数据头块，并执行步骤d；当该空闲块所在小块的标志字节修改为数据头块后，此时总共拥有2个数据头块，若此时断电，再次上电初始化后以第一个数据头块为准，之前数据的基本信息不会丢失，整个数据结构依然完整，实现了掉电保护。
d.执行写数据，各个小块写入数据后其标志字节为数据块，待数据写入完毕后将上一个数据头块修改为数据块，此时写入操作完成，可执行步骤(5)。
举例说明：
情况1：如步骤(1)中所分配的250个扇区中从数据头块所在小块(第1个小块)开始向后的所有小块中均存储有数据，即前500个小块均含有原始数据信息，完成初始化，将第501个小块的标记字节修改为数据头块，并第501个小块开始执行写数据，当执行到第1000个小块时，需要记录的1000条信息已经写入有500条，此时，数据并未写入完毕，则会将存储有原始数据信息的前500个小块所在的扇区擦除，并继续写入剩下的500条，同时，将第1个小块的标记字节修改为数据头块；
情况2：如步骤(1)中所分配的250个扇区中从数据头块所在小块(第1个小块)开始向后的999个小块中均存储有数据，即1000个小块均含有原始数据信息，完成初始化；将第1个小块所在扇区的下一个扇区擦除，由于每个扇区4个小块，则第5-8个小块切换为空闲块0xFF，将第5个小块的标记字节修改为数据头块，并第5个小块开始执行写数据，当执行到第1000个小块时，需要记录的1000条信息已经写入有996条，此时，数据并未写入完毕，则会将存储有原始数据信息的前4个小块所在的扇区擦除，并继续写入剩下的4条，同时，将第1个小块的标记字节修改为数据头块。
在此步骤中，对于空闲块所在的小块不会进行重复擦除，磨损均衡且提高使用寿命。
(5)读数据：搜索到数据头块，依次读取数据头块后面的数据块所在小块，以获取全部数据信息。
实施例2
如图1所示，在本实施例中具体提供了一种基于spiflash的存储结构，该存储结构基于实施例1中所提供的基于spiflash的存储管理方法，其包括多个扇区，各所述扇区包括n个小块，n为2的幂数且各小块的第一字节设为标志字节，各个小块的大小为4096B/n；所述标志字节分为空闲块、数据头块、数据块以及脏块；所述空闲块用于表示其所在小块等待写入数据；所述数据头块用于表示其所在小块为数据的起始块；所述数据块用于表示其所在小块存储有数据；所述脏块用于表示其所在小块等待擦除。
为实现各个小块的状态区分，所述空闲块的标志字节为0xFF，数据头块的标志字节为0xEE，数据块的标志字节为0x88以及脏块的标志字节为0x00。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种基于spiflash的存储管理方法，其特征在于，该方法包括：
(1)设定存储结构：将扇区划分为n个小块，n为2的幂数且各小块的第一字节作为标志字节，标志字节分为空闲块、数据头块、数据块以及脏块；
(2)初始化数据：根据待写数据信息分配扇区并在所有的扇区中搜索数据头块，若未搜索到数据头块，则执行步骤(3)；
若搜索到数据头块，则获取到该数据头块所在小块及其后面的小块中存储的原始数据信息，并执行步骤(4)；
(3)写数据：定义数据头块并将待写数据信息写入，执行步骤(5)；
(4)写数据：
a.从数据头块开始搜索，若搜索到空闲块，则进入步骤c；若该数据头块的所有扇区中并未搜索到空闲块，则进入步骤b；
b.将该数据头块所在扇区的下一扇区擦除，并返回至步骤a；
c.将该空闲块所在小块的标志字节修改为数据头块，并执行步骤d；
d.写入待写数据信息，直至所有数据写入完毕，并将上一个数据头块修改为数据块，执行步骤(5)；
(5)读数据：搜索到数据头块，依次读取数据头块后面的数据块所在小块，以获取全部数据信息。
2.根据权利要求1所述的基于spiflash的存储管理方法，其特征在于，所述空闲块的标志字节为0xFF，数据头块的标志字节为0xEE，数据块的标志字节为0x88以及脏块的标志字节为0x00。
3.根据权利要求1所述的基于spiflash的存储管理方法，其特征在于，各所述扇区被擦除后，各个扇区中所有小块的标志字节均为空闲块，各个小块写入数据后其标志字节为数据块，各个小块删除数据后其标志字节为脏块。
4.根据权利要求1所述的基于spiflash的存储管理方法，其特征在于，在步骤c中，当空闲块所在小块的标志字节修改为数据头块，若此时断电，再次上电初始化后以第一个数据头块为准。
5.一种基于spiflash的存储结构，其特征在于，该存储结构基于如权利要求1-4任意一项所述的基于spiflash的存储管理方法，其包括多个扇区，各所述扇区包括n个小块，n为2的幂数且各小块的第一字节设为标志字节，各个小块的大小为4096B/n；所述标志字节分为空闲块、数据头块、数据块以及脏块；
所述空闲块用于表示其所在小块等待写入数据；
所述数据头块用于表示其所在小块为数据的起始块；
所述数据块用于表示其所在小块存储有数据；
所述脏块用于表示其所在小块等待擦除。
6.根据权利要求5所述的基于spiflash的存储结构，其特征在于，所述空闲块的标志字节为0xFF，数据头块的标志字节为0xEE，数据块的标志字节为0x88以及脏块的标志字节为0x00。
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