利用基于閃存的MCU實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

　　方案1

　　問(wèn)題：校準(zhǔn)信息、MAC地址或制造數(shù)據(jù)等配置數(shù)據(jù)必須要存儲(chǔ)在產(chǎn)品中。雖然這些通常是固定不變的信息，但在整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)配置數(shù)據(jù)需要多次更新的可能性還是存在的。

　　解決方案：下面是實(shí)際中最容易想到的例子。有兩個(gè)塊，一個(gè)塊在字地址0x7E00處，另一個(gè)在0x7F00處，都用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在第一次收到保存配置數(shù)據(jù)的命令時(shí)，處理器會(huì)檢查這兩個(gè)塊，在發(fā)現(xiàn)它們都是空塊后，配置數(shù)據(jù)被就存入第一個(gè)塊。

　　保存配置數(shù)據(jù)的第二條命令同樣會(huì)使處理器再一次檢查這兩個(gè)塊。當(dāng)發(fā)現(xiàn)塊0已經(jīng)有數(shù)據(jù)后，它就將配置數(shù)據(jù)拷貝到塊1，然后擦除塊0中的數(shù)據(jù)。

　　當(dāng)收到恢復(fù)配置的請(qǐng)求時(shí)(比如在上電時(shí))，處理器會(huì)同時(shí)讀取兩個(gè)塊的數(shù)據(jù)并確定哪個(gè)塊在用。只要是沒(méi)被擦除的塊就是在用塊。

　　這種方案的主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單：如果設(shè)備在上電(或其他配置恢復(fù)事件)時(shí)需要塊中的配置數(shù)據(jù)，這是很好的一種方案。讀數(shù)程序會(huì)接受一個(gè)字長(zhǎng)的指針，返回該地址的數(shù)值，寫(xiě)入程序則接受一個(gè)字長(zhǎng)的指針，然后嘗試向該地址進(jìn)行寫(xiě)入操作。擦除程序只是同時(shí)擦除兩個(gè)塊。

　　這種方案的主要缺點(diǎn)就是主要優(yōu)點(diǎn)的反面：程序的思路太過(guò)簡(jiǎn)單。沒(méi)有操作去判斷寫(xiě)入數(shù)據(jù)是否成功—在發(fā)出寫(xiě)入命令后，如果寫(xiě)入失敗，處理器不會(huì)做任何事去解決問(wèn)題。這也是為什么這個(gè)方案只是用來(lái)寫(xiě)入已知是空的閃存塊的原因。

　　方案2

　　問(wèn)題：要求用非易失性存儲(chǔ)技術(shù)來(lái)跟蹤用電量和其他經(jīng)常變化的數(shù)據(jù)。更新經(jīng)常是一周數(shù)次或一天數(shù)次發(fā)生。

　　解決方案：這是即使傳統(tǒng)EEPROM也需要尋求幫助的場(chǎng)合。問(wèn)題是：更新的頻率和所有非易失性存儲(chǔ)器有限的寫(xiě)入壽命這樣的事實(shí)不允許反復(fù)寫(xiě)入和擦除單個(gè)EEPROM單元?？紤]一個(gè)小時(shí)更新一次的情況，具有1萬(wàn)次寫(xiě)入-擦除次數(shù)限制的EEPROM只需一年時(shí)間就會(huì)失效，這個(gè)時(shí)間比電表所需的十年設(shè)計(jì)目標(biāo)少得太多了。

　　解決這個(gè)問(wèn)題的方法之一是實(shí)現(xiàn)某種形式的“損耗均衡”。這意味著不會(huì)有單個(gè)位置被反復(fù)寫(xiě)數(shù)據(jù)。相反，寫(xiě)入操作將呈類似合理指數(shù)分布的方式分散到整個(gè)存儲(chǔ)器陣列。

　　損耗均衡是一種很好理解的技術(shù)，在閃存器件中使用就是出于這個(gè)目的。但它的算法非常復(fù)雜和難以理解，不過(guò)對(duì)我們來(lái)說(shuō)，一個(gè)更簡(jiǎn)單的原理介紹就足夠了。

　　存儲(chǔ)陣列中的數(shù)據(jù)項(xiàng)是由數(shù)據(jù)單元(data element)號(hào)引用的，而不是地址。

　　數(shù)據(jù)單元號(hào)是一個(gè)唯一識(shí)別數(shù)據(jù)單元的任意8位數(shù)，因此在這種方案中，最多有255個(gè)數(shù)據(jù)單元(數(shù)據(jù)單元0是保留單元)。

　　每個(gè)數(shù)據(jù)單元有一個(gè)雙字節(jié)的頭部(見(jiàn)圖2)，包含了數(shù)據(jù)單元號(hào)和數(shù)據(jù)單元長(zhǎng)度以及留給差錯(cuò)管理使用的足夠空間，其中長(zhǎng)度是一個(gè)兩位代碼，可表示1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)或4個(gè)16位的字。

圖2：數(shù)據(jù)單元的頭部結(jié)構(gòu)

　　寫(xiě)一個(gè)數(shù)據(jù)單元需要知道寫(xiě)入數(shù)據(jù)的地址、寫(xiě)入數(shù)據(jù)的單元號(hào)和長(zhǎng)度。寫(xiě)函數(shù)先尋找陣列結(jié)尾，然后緊跟最后一個(gè)記錄之后寫(xiě)入新的數(shù)據(jù)單元。

　　如果閃存頁(yè)中沒(méi)有足夠的空間容納指定長(zhǎng)度的記錄，一個(gè)表示結(jié)尾的頁(yè)標(biāo)記將被寫(xiě)入，并會(huì)打開(kāi)一個(gè)新的頁(yè)。有關(guān)典型數(shù)據(jù)頁(yè)的結(jié)構(gòu)請(qǐng)見(jiàn)圖3。

圖3：典型的數(shù)據(jù)頁(yè)

　　在展開(kāi)的數(shù)據(jù)頁(yè)中，先寫(xiě)入經(jīng)常要更新的數(shù)據(jù)單元1，再寫(xiě)入從不更新的數(shù)據(jù)單元4，然后寫(xiě)入需要多次更新的數(shù)據(jù)單元3。最后，寫(xiě)入從不更新的數(shù)據(jù)單元2。

　　出現(xiàn)頁(yè)的結(jié)尾標(biāo)記表明過(guò)進(jìn)行過(guò)一次數(shù)據(jù)寫(xiě)入嘗試，但由于數(shù)據(jù)單元太長(zhǎng)而無(wú)法將數(shù)據(jù)單元裝進(jìn)該頁(yè)，因此打開(kāi)了一個(gè)新頁(yè)來(lái)容納該數(shù)據(jù)單元。整個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的結(jié)尾設(shè)定為空白單元，這個(gè)位置有望成為單元頭部。

　　值得注意的是，我還沒(méi)有說(shuō)明重復(fù)記錄的問(wèn)題。這是因?yàn)樵谶@種方案中重復(fù)記錄不是問(wèn)題。事實(shí)上，讀寫(xiě)程序是完全忽略重復(fù)記錄的。

　　在寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，新的記錄會(huì)寫(xiě)在陣列的最后，而不管是否有相同號(hào)碼的記錄存在。在讀數(shù)據(jù)時(shí)，只有匹配請(qǐng)求記錄號(hào)的最后，也就是最近的記錄被讀出來(lái)。

　　從陣列中讀出一個(gè)數(shù)據(jù)單元要比寫(xiě)入稍微復(fù)雜一些。讀函數(shù)首先接受應(yīng)被寫(xiě)入數(shù)據(jù)單元內(nèi)容的單元號(hào)碼和地址。當(dāng)被調(diào)用時(shí)，讀函數(shù)從頭開(kāi)始搜索陣列。

　　當(dāng)它找到與請(qǐng)求數(shù)據(jù)單元相匹配的記錄時(shí)，它將對(duì)應(yīng)的地址先存起來(lái)，然后繼續(xù)搜索。如果它找到另外一條匹配的記錄，它就用新的地址代替剛才存儲(chǔ)的地址。

　　當(dāng)?shù)竭_(dá)陣列結(jié)尾時(shí)，最終存儲(chǔ)的地址將指向最近寫(xiě)入拷貝的請(qǐng)求記錄。讀函數(shù)隨即在被調(diào)用時(shí)將這個(gè)數(shù)據(jù)拷貝到緩存。

　　復(fù)用存儲(chǔ)器空間

　　現(xiàn)在，我們已經(jīng)有了一種以讀取為主的可行機(jī)制用于從存儲(chǔ)陣列中存取記錄。剩下只有一個(gè)問(wèn)題：我們還沒(méi)有建立起復(fù)用被廢棄的記錄拷貝占用的空間。(我們也還沒(méi)有建立刪除記錄的機(jī)制，但由于是用在嵌入式應(yīng)用中，這可能不是一個(gè)很重要的特性)

　　如果不恢復(fù)空間，分配的空間將很快用完?；謴?fù)空間意味著擦除整個(gè)頁(yè)，因?yàn)殚W存只能一次擦除一整頁(yè)。但閃存頁(yè)被隨意擦除時(shí)將會(huì)出現(xiàn)刪除有用信息的風(fēng)險(xiǎn)。唯一的方法是在擦除舊頁(yè)時(shí)將有效信息拷貝到新的頁(yè)。

　　從廢棄記錄恢復(fù)空間要分三步走：首先，打開(kāi)新的閃存頁(yè)，將每個(gè)數(shù)據(jù)單元的最新版拷貝到新的頁(yè)；然后，刪除舊頁(yè)；最后，在新頁(yè)上放置頁(yè)標(biāo)記以便讀程序能找到它們。