CN117178254A - 有效存储数据的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在物理数据存储器中有效存储数据的方法，其中，新数据与已经存储的旧数据或其副本进行比较，其中，仅将比较的不匹配的数据部分传输到数据存储器并存储在其中。根据本发明的方法的特征在于，通过存储器管理对存储在数据存储器中的数据进行寻址，使得新数据和旧数据在同一物理存储器位置共享公共数据部分。

Description

有效存储数据的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的序言中更详细定义的类型的在物理数据存储器中有效存储数据的方法。
背景技术
当数据存储在物理数据存储器中时，单个数据以页面或分段的形式存储在物理存储器的不同区域中，这些页面或分段在下文中称为数据部分。例如，如果闪存中的软件现在接收更新，则通常需要在运行的软件版本A的情况下将新的软件版本B安装到存储器中，以便能够在例如下一次系统启动时使用新的软件版本B启动。因此，在实践中，始终需要具有两个软件版本A和B大小的物理存储器，因为这两个软件版本必须至少分阶段并行安装在物理存储器上。
对于将数据传输到存储器，有提高效率的方法。例如，在US2011/0173604A1中，只有两个软件版本之间的差异，即两个版本不同的数据部分，必须相应地传输，因为软件相同的部分已经存在于存储器中，并且可以相应地移动或复制。
关于进一步的一般现有技术，也可以参考US 9,946,533 B2。
发明内容
现在，本发明的目的在于给出一种在物理数据存储器中有效存储数据的方法，其中可以非常好地利用现有的存储空间。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1中(这里特别是权利要求1的特征部分中)的特征的方法来实现。
可与上述现有技术相比较，将新数据与先前已经存储的旧数据进行比较，以便将比较的不匹配的数据部分传输并存储到数据存储器。因此，可以省略相同数据部分的传输。
根据本发明，现在的情况是，存储在数据存储器中的数据通过存储器管理单元，即所谓的MMU(Memory Management Unit)寻址，使得新数据和旧数据在同一物理存储器位置上使用公共数据部分，即在旧数据和新数据中都匹配的数据部分。然后，MMU向使用物理存储器的系统(例如，处理器)显示相应数据的相应映像(例如，可执行程序)，该可执行程序对应于预期的数据结构。然而，实际上，映像可以是新数据和旧数据的混合，MMU将这些数据转换成预期的映像。相同的数据部分存在于同一物理存储器位置，因此在存储器中只存在一次。因此，现在可以非常有效地利用存储空间，因为不同的映像可以通过MMU一起访问相同的公共数据部分。
根据本发明的方法可特别有效地用于闪存中的软件更新。然而，原则上，其也可以用于具有至少部分匹配的数据部分的所有其他类型的数据，并且可以应用于所有类型的存储器，例如硬盘驱动器等。尽管如此，根据本发明的方法的解释和描述现在主要基于闪存中的软件更新的示例。
根据本发明，通过在同一物理存储器位置共享相同的数据部分，并且由MMU相应地管理，现在可以在闪存上同时安装和操作软件的两个版本，即使具有软件的一个版本的该闪存已经满了一半以上。例如，32GBit的闪存可以包括20GBit的软件版本A和21GBit的软件版本B，这两个版本都可以运行，因为其共享公共数据部分，因此总共不需要41GBit的存储空间，而只需要31GBit。这在存储空间方面创造了一个非常关键的优势，这对于集成在芯片上的系统中的闪存，即所谓的SoC，是一个关键的优势。
数据部分可以特别包括页面或分段。当前对页面的考虑包括从多个页面构建所谓的软件映像。然后，在安装软件更新或一般的新数据之前，可以对这些数据进行比较。因此，相同的页面不会再次传输，这节省了传输带宽，并且不会再次存储，而是在多个映像之间共享，这使得在MMU的帮助下非常有效地利用物理存储器的上述效果成为可能。根据硬件组件相应地确定页面的大小，在实践中，典型的页面大小在4kBit和64MBit之间。
或者，数据部分也可以由所谓的数据分段形成。在这种情况下，可以根据数据内容动态调整数据分段的大小，这些数据分段在较旧的系统中是已知和常见的。因此，该方法提供了更大的灵活性，因为例如，可以将新旧映像中的多个连续的相同页面组合成数据分段，这在MMU中的处理方面变得更加容易，但在创建用于加载新映像的相应数据包方面略有耗费增加。
因此，MMU本身可以根据对本发明的思想的非常有利的改进方案来形成为软件。原则上，MMU的这种软件解决方案总是可以想象和可能的，因此在很大程度上独立于系统。这可以是一个关键的优势，特别是在系统的灵活性方面。集成可以优选地发生在SoC的软件中。
或者，也可以考虑将MMU集成到硬件中。这种与硬件的集成是快速和有效的。在使用NAND闪存时，MMU可以很容易地集成到NAND存储器的硬件控制器中。因此，这是简单和有效的。对于其他类型的存储器，如NOR存储器，则必须通过初始引导在软件端初始化MMU。如前所述，其也可以完全扩展为一个软件系统。
附图说明
根据本发明的方法的进一步有利设计方案也从实施例中获得，该实施例在下文中参照附图并通过闪存中的软件更新的示例更详细地示出。
在附图中：
图1示出了所涉及的组件的示意图；
图2示出了不同软件版本在不同时间点的对应映像和闪存中实际存在的数据的示意图；并且
图3示出了示例性的系统结构。
具体实施方式
一种有效利用现有物理存储器的方法的目标是提供不同数据特别是软件版本之间的即时切换，同时通过共享诸如页面或分段的数据部分来实现存储器过载。例如，该方法可用于车辆控制系统。在控制系统中，将允许在后台进行软件更新。在这种情况下，应该有可能有一个使用50％以上可用存储器的软件版本，但仍然可以使用新软件更新和重新启动系统。为了使系统精简和快速，必须传输和写入尽可能少的数据。
例如，现在给出了作为软件映像A的更新的软件映像A和软件映像B。映像A和映像B都以这样的方式编译和/或构造，使得相同部分尽可能地位于各自映像内的相同位置。例如，如果映像A是一个文件系统，则只写入新文件，或者使用绑定器(链接器)，在排列部分时也相应地考虑旧映像的部分，并根据旧映像将不适合以前位置的内容附加到新软件映像的末尾。然后，链接器为软件的功能生成独立于位置的代码和相应的入口点，例如，可以通过映像末尾的跳转表跳转到这些入口点。
在图1的图示中，两个示例性软件映像A、B在构建系统的左下方分别由标记为A和B的两个块表示。现在，如箭头所示，对这些映像进行处理，以便通过标记为DIFF的差分工具从两个映像生成数据流，然后将数据流传输到目标，例如虚线右侧的ECU，如图1所示。然后在该ECU系统上相应地执行软件下载，并相应地解释数据流。ECU系统可以形成为单芯片系统(SoC)。其包括一方面设置在物理存储器1(例如，闪存)和另一方面设置在处理所使用的各个软件映像的映像之间的存储器管理单元MMU。例如，这可以应用于NOR闪存的XIP(Execute In Place)代码，如图1和框2所示。对于NAND闪存，转换由主机在NAND控制器的固件中设置(框3)，或者，如果没有硬件支持，则根据框4将MMU作为软件转换层。
在图1的图示中，软件现在从左下方示出的构建系统到达位于其上方的带有测试仪TEST的测试系统，然后到达图示的右侧的实际ECU系统。诊断在一个标记为DIAG的框中进行。实际的软件下载然后从标记为5的框传递到下一个级别。在这种情况下，可以在软件方面存在软件闪存转换4，或者在硬件方面存在NAND闪存转换3或硬件实现的MMU2。然后，MMU相应地与作为硬件实现的实际闪存1通信，其可以被构造为例如NAND、NOR或这两种类型的闪存的组合。在闪存内部，闪存的先前内容，即软件映像A，相应地存储在框A中。
在此过程中处理的各个数据部分可以是例如具有与硬件完全匹配的页面大小的页面。同样，动态分段可以用作数据部分，在软件更新的形成过程中，根据其差异对其进行过滤和处理。
在图2的图示中，软件的四个不同版本或时间点现在显示在四列中，在上面显示处理器所看到的相应软件的映像，在下面显示闪存的物理存储器1中的实际物理存储。中间的双箭头表示MMU。
在最左列中，可以看到软件映像A，其中当前映像和闪存1的内容相互对应。与以前的版本相比，这里已经存在基本映像(横向阴影)和不同的差异，这些差异在这里用Deltaa、Delta b、Delta c描述。闪存1的空闲存储器以交叉阴影表示。右边一列中的软件映像B现在的不同之处在于，以前的Delta b的差异将继续使用，Delta a和Delta c的差异将不使用。此外，Delta 1、Delta 2和Delta 3在新的软件映像B中也有不同之处。通过构建系统，现在只需在软件更新期间传输Delta 1、Delta 2和Delta 3内容，以及Delta b将继续使用，Delta a和Delta c将相应删除的信息。如果新的软件映像B现在被写入闪存，MMU将这些差异Delta 1、Delta 2和Delta 3附加到先前的内容，以便其被写入空闲存储器。处理器现在看到如上一行所示的映像B，而在闪存1中，相应的页面或数据部分实际上被布置在不同的位置。
与可能的先前软件映像相比具有三个差异的软件映像A可以包含例如20GB的大小，并且现在除了具有例如21GB的大小的软件版本B之外，还可以继续写入总共仅32GB的闪存1，这是因为公共内容，如这里阴影表示的基本软件映像A以及剩余的Delta b的差异现在由两个软件版本Ab、B共享。此时，两个软件映像都可用，因此可以使用版本A或版本B。
如果另一个软件更新C现在生效，则可以在此处标记为B'的状态中释放Delta a和Delta c的区域，该状态在左起第三列中相应表示，以便在闪存中创建新的空闲区域，因为可以假定在安装软件更新C之后，软件版本A不再需要使用。原则上，差异也可以添加到下面，因此只有在没有可用存储空间的情况下才会覆盖以前的版本，因此每次新的更新都会覆盖旧的且仍然存在的差异。
这里的情况是，版本B和版本C之间的区别在于增加了一个新的Delta x的差异，并且不再使用以前的Delta 3的差异。MMU现在将Delta x的差异写入通过删除Delta a的差异的空闲区域，并再次将Delta 3的差异标记为当前版本不再需要的差异，以便在需要额外存储空间时，例如在进一步更新期间，可以相应地删除该差异。
在A、B列所示的时间点，两个总共41GB的软件版本可以相应地存储在32GB的闪存中，并且可以并行使用，因此在过载的情况下非常有效地使用存储器是可能的，因为超过40GB的软件版本实际上只存储在32GB的存储器中。在右两列所示的时间点B'和C，类似的结果适用于软件版本B和C，其中，Delta x的差异被写入其中一个空闲位置。
对于所有的软件更新，在数据传输和写入新数据方面只需要最小的耗费。这使得系统简单快捷，也使得通过过载而非常有效地使用存储器成为可能。为此，差分工具DIF生成数据流，该数据流随后在测试系统中被发送，如图1所示，然后通过诊断接口DIAG被发送到软件下载组件5。软件下载组件5现在使用MMU的闪存转换层2、3、4中的至少一个来访问实际闪存1。处理器的其余软件也通过相同的闪存转换层2、3、4来访问闪存1，并相应地看到映像，就像其在通过差异工具DIFF运行之前在原始中创建的那样。
为了在差分工具DIFF中创建数据流，为新映像每字节计算最长的公共数据部分，例如子序列。这个问题可以用O(n2log(n))中的各种已知问题来计算。作为副产品，每个字节都知道原始数据中存在最长序列的位置。作为进一步的优化，新映像被逐步处理，并且在每个步骤中，新映像的部分也被视为“旧”映像——这使得对新映像的引用也可以生成到该点。由差分工具DIFF生成的数据取决于目标系统，例如图1中的ECU，是在SoC中还是在NAND中具有MMU(Memory Management Unit)，还是通过软件分段映射闪存1。
首先，描述ECU是否具有MMU。
现在为输入映像和输出映像计算每页面的循环冗余检查(CRC)。对于具有相同CRC的数据部分，例如页面，将比较页面，以确保其确实相同。对于这些相同的新页面，将记录在哪些旧页面中可以找到内容。在此步骤中，还检查闪存1中是否有足够的空闲页面，即相同页面、旧的不相同页面和新的不相同页面的总和必须小于或等于闪存1中的页面。
如果没有足够的空闲页面，则必须使用引导加载程序，该程序也位于闪存1中，并将新映像写入闪存。在这种情况下，映像被简单地压缩并以传统的方式安装。否则，对于其余的页面，将计算在原始映像中为哪个字节序列找到最长的相同字节序列。因此，短于20字节的序列被丢弃，这些字节被标记为新的，以避免差异映像变得太小。
在另一步骤中，目标系统必须执行的命令被编码，并逐页处理新映像。这些命令是连续编号的，并且在特定情况下根据来自目标系统的指令通过(MMU)的存储器映射操作和写入操作在闪存1中执行。MMU配置持久地存储在闪存1的一个或多个页面中的目标中。分配可以在SoC的软件中实现，也可以在NAND闪存的固件中实现，或者在闪存1的NAND闪存部分中实现，而不是在MMU中实现。
1.新页面就是旧页面：
操作：map(oldPage，newPage)
输出1<32bit oldPage><新的虚拟页码>
2.新页面不相同
操作：allocatePage
输出0<新的虚拟页码>
a.相同数据的序列
输出0、在旧映像或已写入的页面中的偏移、长度
b.新数据的序列
输出1、16位数字、新数据长度、新数据
然后使用例如lzma或其他无损压缩方法在侧边界上逐块压缩命令流--这对于数据传输是合适的。这些块中的每一个都有一个签名。对于每个块边界，可以重新设置编程过程。通过虚拟页码，可以知道必须继续写的位置。
在目标系统中，这里是ECU，命令流首先被解压缩。然后根据命令流
●映射页面
●分配和重写页面
○通过现有页面的数据
○通过新数据
这将为新映像创建一个新的映射表。如果系统现在启动或文件系统访问其，则由于MMU，可以按照软件预期的方式以上述设计方案2、3、4之一读取映像。可以搜索旧映像中不再被新映像引用的页面，如果要删除旧映像，这些不再被引用的页面将被标记为空闲，如上所述，并在图2中由左起第二列中的虚线字母Delta a、Delta c和最右列中的Delta 3表示。
图3示出了示例性的系统结构。左上角再次显示映像A和B。旁边是CPU，下面是MMU。其中，闪存再次被标记为1。其可以形成为NOR闪存、NAND闪存或两者的组合。例如，对于NAND闪存，MMU可以是该闪存1的一部分，如点划线所示。此外，MMU也可以是带有CPU的SoC的一部分，由虚线表示。然后闪存1本身包含其下方显示的内容。标记为6的框可以表示引导加载程序。标记为7和8的两个框表示新映像和旧映像B，A的页面，当然，其可以在闪存1中以不同于相应映像中的排列的顺序，如所解释的那样。标记为9的框包括页面的映射，例如在表中。标记为10的框意在表示闪存1的其他内容，这些内容与这里所示的方法无关，但通常存在于闪存1中。

Claims (9)

1.一种在物理数据存储器中有效存储数据的方法，其中，将新数据与已经存储的旧数据或其副本进行比较，其中，仅将比较的不匹配的数据部分传输到所述数据存储器并存储在其中，
其特征在于，
通过存储器管理对存储在所述数据存储器中的数据进行寻址，使得新数据和旧数据在相同的物理存储器位置共享公共数据部分。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
使用页面或分段作为数据部分。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
根据数据内容动态地调整所述分段的大小。
4.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
根据所使用的硬件来规定所述页面的大小。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，
其特征在于，
通过软件实现所述存储器管理。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述存储器管理在硬件中实现。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，
其特征在于，
所使用的用于数据的存储器被形成为闪存。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述数据由可执行程序形成。
9.根据权利要求8所述的方法，
其特征在于，
所述新数据代表所述可执行程序的软件更新。
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