CN114138177A - 一种用于提高物联网设备闪存资源利用率的数据存储方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于提高物联网设备闪存资源利用率的数据存储方法，涉及存储技术领域，该方法包括以下步骤：构建由多个bit构成的Flag区域，构建由多个数据块构成的环形数据存储区域，根据所需存储的数据类型选择环形数据存储区域，通过读取Flag区域，确定读指针和写指针在环形数据存储区域中的初始地址，擦除环形数据存储区域中的无效数据，擦除后，通过Flag区域中的bit位读取或写入所述环形数据存储区域的数据块，并不断更新环形数据存储区域的读取地址和写入地址；本发明的最小写入单元是1bit，Flag区域在Flash中所占的比例缩小，提高了存储效率；擦除一次，可写入八次，擦除次数减少，提高Flash寿命。

Description

一种用于提高物联网设备闪存资源利用率的数据存储方法
技术领域
本发明涉及一种存储技术领域，具体涉及一种用于提高物联网设备闪存资源利用率的数据存储方法。
背景技术
目前市面上的数据存储都是基于某种现成的文件系统，比如litterfs、fatfs等，这些文件系统虽然都能保证擦写平衡、掉电恢复等，但是存储效率太差，比如1M的存储空间，可能只能存储0.2M左右的有效数据，且存储效率还会受到存储不同数据块大小的影响。尤其是在基于固定分类数据，且存储的数据严格的顺序读取写入要求的情况下，既要保证数据的快速存储、快速读取，同时保证具有擦写平衡功能，目前还没有有效的解决方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何高效的使用存储器资源，提高Flash寿命，目的在于提供一种用于提高物联网设备闪存资源利用率的数据存储方法，解决了存储器资源浪费的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于提高物联网设备闪存资源利用率的数据存储方法，包括以下步骤：
构建由多个bit构成的Flag区域，根据原数据存储区域数据链式构建由多个数据块构成的环形数据存储区域，上述环形数据存储区域用来存储所需存储的数据，上述数据块是由多个字节构成；
根据所需存储的数据类型选择上述环形数据存储区域，上述环形数据存储区域包含至少两种数据类型，上述数据类型优选的有整型数据、浮点型数据、字符型数据；
通过读取Flag区域，确定读指针和写指针在环形数据存储区域中的初始地址，上述Flag区域表示索引标识存储区，索引标识包括读指针和写指针，上述Flag区域是用来索引真正的有效数据的。
擦除环形数据存储区域的无效数据，擦除后每个bit均为1，释放空间，增大空间利用率；
擦除一次后，将所需存储的数据通过Flag区域中的bit位写入上述环形数据存储区域的数据块中，至少可以写入八次；
通过Flag区域中的bit位依次读取写入于环形数据存储区域中所存储的数据；
更新环形数据存储区域中的读取地址和写入地址，从而直接找到下一个读取数据的读取地址或写入数据的写入地址；
上述根据所需存储的数据类型选择上述环形数据存储区域之后，还包括以下步骤：
根据所需存储的数据类型确定每种数据类型所需数据块大小，在环形数据存储区域中划分出大小相等的数据块，上述环形数据存储区域中的数据块与Flag区域中的bit一一对应。
进一步的，上述通过Flag区域中的bit位读取写入于环形数据存储区域中所存储的数据，包括以下步骤：
a1、检查写入环形数据存储区域中的数据的写入地址与写入环形数据存储区域对应的数据类型的数据块大小之和是否大于读取数据的读取地址，以此来保证读指针的位置不越过写指针的位置；
a1.1、当写入环形数据存储区域中的数据的写入地址与写入环形数据存储区域对应的数据类型的数据块大小之和小于或等于读取数据的读取地址时，则依次读取环形数据存储区域中的数据；
a1.2、当写入环形数据存储区域中的数据的写入地址与写入环形数据存储区域对应的数据类型的数据块大小之和大于读取数据的读取地址时，则移动读指针到环形数据存储区域下一个数据块位置，以进行该数据块数据的读取；
a2、更新对应的读指针在环形数据存储区域中的读取地址，从而直接找到下一个读取数据的读取地址，提高数据读取效率。
进一步的，上述将所需存储的数据通过Flag区域中的bit位写入上述环形数据存储区域的数据块之前，还包括以下步骤：
b1、检查写入环形数据存储区域中的数据的写入地址是否在sector的开始位置，上述sector是最小存储单位，块是由多个sector构成，释放空间，为所需存储的数据提供存储空间；
b1.1、如检查写入环形数据存储区域中的数据的写入地址在sector的开始位置，则擦除该sector的所有数据；
b1.2、如检查写入环形数据存储区域中的数据的写入地址没在sector的开始位置，则检查写入环形数据存储区域中的数据的写入地址与写入环形数据存储区域对应的数据类型的数据块大小之和与sector大小的比值是否小于写入环形数据存储区域对应的数据类型的数据块大小；
b1.2.1、如检查写入环形数据存储区域中的数据的写入地址与写入环形数据存储区域对应的数据类型的数据块大小之和与sector大小的比值小于写入环形数据存储区域对应的数据类型的数据块大小，该数据块所存储的数据跨越了sector，需擦除被占用sector的原有无效数据，然后通过bit位在环形数据存储区域中依次写入所需存储的数据，写入数据的环形数据存储区域的值由1变为0；
b1.2.2、检查写入环形数据存储区域中的数据的写入地址与写入环形数据存储区域对应的数据类型的数据块大小之和与sector大小的比值大于或等于写入环形数据存储区域对应的数据类型的数据块大小，则通过bit位在环形数据存储区域中依次写入所需存储的数据，写入数据的环形数据存储区域的值由1变为0；
b2、更新对应的写指针在环形数据存储区域中的写入地址，从而直接找到下一个写入数据的写入地址，提高了数据写入效率。
进一步的，擦除无效的数据之前，还包括以下步骤：
c1、检查环形数据存储区域的数据块中的数据是否为已读取数据；
c1.1、如检查环形数据存储区域的数据块中的数据是已读取数据，则判断为无效数据；
c1.2、如检查环形数据存储区域的数据块中的数据不是已读取数据，则判断为有效数据；
c2、擦除环形数据存储区域中判断为无效数据的的数据，环形数据存储区域的值由0变为1，释放空间，降低无效数据部分的占比，从而提高存储效率。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
由多个bit构成的Flag区域，数据的存储是用bit位来实现的，在现有技术中，最小的写入单元是大于1byte，但本发明中的最小写入单元是1bit，Flag区域在Flash中所占的比例缩小，提高了数据存储效率；
擦除一次后，可以写入八次，使得擦除的次数减少，Flash寿命与擦除次数有关，擦除次数越少，Flash寿命越长；
在环形数据存储区域中划分出大小相等的数据块，其划分的数据块的数量自己定义，其擦写平衡是由于每个区域写入的概率和每种数据类型中的数据块个数，以及写入次数有关，增加数据块的个数可以降低写入的概率，从而达到擦写平衡的目的；
数据的存储是用bit位来实现的，且环形数据存储区域中的数据块与Flag区域中的bit一一对应，可以一次性读取多个字节，提高了初始化速度；
更新对应的读指针在环形数据存储区域中的读取地址，从而直接找到下一个读取数据的读取地址，提高数据读取效率；
更新对应的写指针在环形数据存储区域中的写入地址，从而直接找到下一个写入数据的写入地址，提高了数据写入效率。
擦除判断为无效数据的数据块中的数据，释放空间，降低无效数据部分的占比，提高存储效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
图1为本发明优选实施例提供的数据读写方法的示意图；
图2为本发明优选实施例提供的读取数据的流程框图；
图3为本发明优选实施例提供的写入数据的流程框图；
附图中标记及对应的零部件名称：
1-读指针，2-写指针，3-数据块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
请参照图1～图3，在本实施例中，一种用于提高物联网设备闪存资源利用率的数据存储方法，包括以下步骤：
构建由多个bit构成的Flag区域，根据原数据存储区域数据链式构建由多个数据块3构成的环形数据存储区域；
根据所需存储的数据类型选择上述环形数据存储区域，上述环形数据存储区域包括数据类型A，存储格式为：|TypeA Read Flag|TypeA Write Flag|TypeA Data|；
通过读取Flag区域，确定读指针和写指针在环形数据存储区域中的初始地址，读指针1的存储用bit位来实现，读指针1为1的位置表示尚未读取，为0的位置表示已读取，从数据类型为A的读指针1的Flag区域开始到结束，找到的第一个‘01’bit组合的0所在的计数偏移即为读取的初始处；
写指针2的存储用bit位来实现，写指针2为1的位置表示没有数据，为0的位置表示有数据，从数据类型为A的写指针2的Flag区域开始到结束，找到的第一个‘01’bit组合的1所在的计数偏移即为写入的初始处。
擦除环形数据存储区域的无效数据，擦除后每个bit均为1，在环形数据存储区域中写入数据，可以将1变为0，但是0要变为1就必须通过擦除，释放空间，增大空间利用率；
擦除一次后，将所需存储的数据通过Flag区域中的bit位写入上述环形数据存储区域的数据块中，可以写入八次；
通过Flag区域中的bit位读取写入于环形数据存储区域中所存储的数据；
更新环形数据存储区域中的读取地址和写入地址，从而直接找到下一个读取数据的读取地址或写入数据的写入地址；
上述根据所需存储的数据类型选择上述环形数据存储区域之后，还包括以下步骤：
根据所需存储的数据类型确定每种数据类型所需数据块大小，在环形数据存储区域中划分出大小相等的数据块3，上述环形数据存储区域中的数据块3与Flag区域中的bit一一对应。
请参照图2，一种优选的实施例，读取数据的步骤为：
步骤A1、系统上电；
步骤A2、读取Flag区域最后读取的数据地址，从而确定读指针1在环形数据存储区域中的初始地址；
步骤A3、检查写入数据的地址与该数据类型的数据块大小之和是否大于读取数据的地址，若大于，则执行步骤A4，若大于或等于，则执行步骤A6；
步骤A4、移动读指针1到环形数据存储区域下一个数据块3位置；
步骤A5、读取数据；
步骤A6更新对应的读指针1在环形数据存储区域中的读取地址；
上述读取数据的地址的计算公式为：
TypeA_read_addr＝TypeA_Data_Block_start+typeA_read_flag*TypeA_Data_Block_Size
其中TypeA_Data_Block_start表示TypeA这种数据的数据存储区域所在的开始地址偏移；typeA_read_flag表示TypeA这种数据的读指针在环形数据存储区域中的初始地址；TypeA_Data_Block_Size表示TypeA这种数据每个数据块的大小，比如128或者256；
请参照图3，一种优选的实施例，写入数据的步骤为：
步骤B1、系统上电；
步骤B2、读取Flag区域最后写入的数据地址，从而确定写指针2在环形数据存储区域中的初始地址；
步骤B3、检查写入数据的地址是否在sector的开始位置，若在，则执行步骤B41，若没在，则执行步骤B42；
步骤B41、擦除该sector的数据；
步骤B42、检查写入数据的地址与该数据类型的数据块3大小之和与sector大小的比值是否小于该数据类型的数据块大小,若小于，则执行步骤B5，若大于或等于，则执行步骤B6；
步骤B5、擦除被占用的sector的数据；
步骤B6、通过bit位写入对应的数据，写入数据的环形数据存储区域的值由1变为0；
步骤B7、更新对应的写指针2在环形数据存储区域中的写入地址，即typeA_write_flag向后移动一个bit；并写为0；
上述写入数据的地址的计算公式为：
TypeA_write_addr＝TypeA_Data_Block_start+typeA_write_flag*TypeA_Data_Block_Size
其中typeA_write_flag表示TypeA这种数据的写指针在环形数据存储区域中的初始地址。
一种优选的实施例，擦除无效数据包括以下步骤：
步骤C1、检查环形数据存储区域的数据块中的数据是否为已读取数据，若是已读数据，则执行步骤C21，若不是已读数据，则执行步骤C22；
步骤C21、判断为无效数据；
步骤C22、判断为有效数据；
步骤C3、擦除环形数据存储区域中判断为无效数据的的数据，环形数据存储区域的值由0变为1。
一种优选的实施例，Flag区域单独进行擦除，至少需要占用一个最小可擦除区域的大小；环形数据存储区域单独进行擦除，从一个最小可擦除区域的开始处开始，至少需要占用一个最小可擦除区域的大小。
一种优选的实施例，其他的计算公式：
数据的存储效率＝(data_block_size-1bit)/data_block_size；flash的最小写入单位是1bit，额外开销所占区域减少，提高了数据的存储效率；
数据写入效率＝常数*写入数据块大小；
读取效率＝常数*读取数据块大小。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于提高物联网设备闪存资源利用率的数据存储方法，其特征在于，包括以下步骤：
构建由多个bit构成的Flag区域，根据原数据存储区域数据链式构建由多个数据块构成的环形数据存储区域；
根据所需存储的数据类型选择所述环形数据存储区域，所述环形数据存储区域包含至少两种数据类型；
通过读取Flag区域，确定读指针和写指针在环形数据存储区域中的初始地址；
擦除环形数据存储区域的无效数据；
擦除一次后，将所需存储的数据通过Flag区域中的bit位写入所述环形数据存储区域的数据块中，至少可以写入八次；
通过Flag区域中的bit位读取写入于环形数据存储区域中所存储的数据；
更新环形数据存储区域中的读取地址和写入地址；
所述根据所需存储的数据类型选择所述环形数据存储区域之后，还包括以下步骤：
根据所需存储的数据类型确定每种数据类型所需数据块大小，在环形数据存储区域中划分出大小相等的数据块。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高物联网设备闪存资源利用率的数据存储方法，其特征在于，所述通过Flag区域中的bit位读取写入于环形数据存储区域中所存储的数据，包括以下步骤：
a1、检查写入环形数据存储区域中的数据的写入地址与写入环形数据存储区域对应的数据类型的数据块大小之和是否大于读取数据的读取地址；
a1.1、当写入环形数据存储区域中的数据的写入地址与写入环形数据存储区域对应的数据类型的数据块大小之和小于或等于读取数据的读取地址时，则读取环形数据存储区域中的数据；
a1.2、当写入环形数据存储区域中的数据的写入地址与写入环形数据存储区域对应的数据类型的数据块大小之和大于读取数据的读取地址时，则移动读指针到环形数据存储区域下一个数据块位置，以进行该数据块数据的读取；
a2、更新对应的读指针在环形数据存储区域中的读取地址。
3.根据权利要求1所述的一种用于提高物联网设备闪存资源利用率的数据存储方法，其特征在于，所述将所需存储的数据通过Flag区域中的bit位写入所述环形数据存储区域的数据块之前，还包括以下步骤：
b1、检查写入环形数据存储区域中的数据的写入地址是否在sector的开始位置；
b1.1、如检查写入环形数据存储区域中的数据的写入地址在sector的开始位置，则擦除该sector的数据；
b1.2、如检查写入环形数据存储区域中的数据的写入地址没在sector的开始位置，则检查写入环形数据存储区域中的数据的写入地址与写入环形数据存储区域对应的数据类型的数据块大小之和与sector大小的比值是否小于写入环形数据存储区域对应的数据类型的数据块大小；
b1.2.1、如检查写入环形数据存储区域中的数据的写入地址与写入环形数据存储区域对应的数据类型的数据块大小之和与sector大小的比值小于写入环形数据存储区域对应的数据类型的数据块大小，则擦除被占用sector的数据，然后通过bit位在环形数据存储区域中写入所需存储的数据；
b1.2.2、检查写入环形数据存储区域中的数据的写入地址与写入环形数据存储区域对应的数据类型的数据块大小之和与sector大小的比值不小于写入环形数据存储区域对应的数据类型的数据块大小，则通过bit位在环形数据存储区域中写入所需存储的数据；
b2、更新对应的写指针在环形数据存储区域中的写入地址。
4.根据权利要求1所述的一种用于提高物联网设备闪存资源利用率的数据存储方法，其特征在于，擦除无效的数据，还包括以下步骤：
c1、检查环形数据存储区域的数据块中的数据是否为已读取数据；
c1.1、如检查环形数据存储区域的数据块中的数据是已读取数据，则判断为无效数据；
c1.2、如检查环形数据存储区域的数据块中的数据不是已读取数据，则判断为有效数据；
c2、擦除环形数据存储区域中判断为无效数据的的数据。
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