基于嵌入式MCU數據Flash的數據存儲及管理方法研究與實(shí)現
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摘要：本文設計了一種利用MCU內部數據Flash存儲非易失性數據的方法，它將數據Flash的若干扇區劃分為多個(gè)數據分區，不同數據分區存儲數據在不同歷史時(shí)間的拷貝，最新數據分區存儲最新的數據拷貝;在數據讀操作進(jìn)行時(shí)，計算最新數據拷貝的Flash存儲位置，直接讀取該地址;在數據寫(xiě)操作進(jìn)行時(shí)，判斷數據寫(xiě)入位置是否已經(jīng)被擦除，如果寫(xiě)入位置未擦除，將數據寫(xiě)入下一個(gè)分區，同時(shí)將當前分區中的其他數據復制到下一個(gè)分區;如果寫(xiě)入位置已經(jīng)擦除，直接將數據寫(xiě)入當前分區中。該方法實(shí)現了類(lèi)似EEPROM的數據讀寫(xiě)方式，操作方便，應用接口簡(jiǎn)單，而且可以盡量避免扇區擦除操作，提高存儲效率，同時(shí)提高MCU內部數據Flash的使用壽命。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/170167.htm引言
在嵌入式系統設計中，經(jīng)常需要存儲一些非易失性的數據，在筆者開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)儀表盤(pán)中，需要存儲總里程、小計里程、電機故障等其他信息，采用支持對字節讀寫(xiě)的EEPROM實(shí)現數據存儲，操作起來(lái)和RAM一樣簡(jiǎn)單方便，但同時(shí)會(huì )在大批量產(chǎn)品的生產(chǎn)中帶來(lái)成本問(wèn)題和維護問(wèn)題。在有數據Flash的MCU中，采用數據Flash代替EEPROM實(shí)現非易失性的存儲，便可以節約成本且無(wú)需維護，筆者所設計的儀表盤(pán)采用內置4KB數據閃存的MC9S12HY32做為處理器，足以滿(mǎn)足儀表盤(pán)數據存儲要求。用Flash存儲數據的傳統方式是為每個(gè)數據分配固定的存儲地址，由于Flash在進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)需要先擦除數據所在的整個(gè)扇區[1]，對一個(gè)數據進(jìn)行寫(xiě)操作便會(huì )造成對扇區內其他數據的擦除，由于擦除操作耗時(shí)較長(cháng)，不僅效率低，影響嵌入式系統的實(shí)時(shí)性，而且為了避免丟失其他數據需要相當復雜的處理，對MCU的RAM空間也有一定的要求。如果寫(xiě)入數據失敗，會(huì )造成所寫(xiě)入數據的丟失，如果在擦除扇區后發(fā)生掉電，便會(huì )造成扇區內所有數據的丟失。不僅如此，由于每次寫(xiě)入操作都需要先擦除扇區，以擦除次數表征的Flash使用壽命也無(wú)法滿(mǎn)足產(chǎn)品生命周期的要求。本文提供一種利用MCU內部數據Flash存儲非易失性數據的方法[2]，它不僅操作方便，應用接口簡(jiǎn)單，而且可以盡量避免扇區擦除操作，提高存儲效率，同時(shí)提高M(jìn)CU內部數據Flash的使用壽命。
總體設計
通過(guò)在MCU數據Flash上建立多個(gè)數據分區，存儲數據的多個(gè)拷貝，避免對Flash固定地址的反復擦除，提高Flash的使用壽命，同時(shí)通過(guò)數據讀寫(xiě)方法的設計和數據分區的管理，避免對Flash扇區的不必要擦除，并最終實(shí)現和EEPROM讀寫(xiě)很類(lèi)似的應用接口。具體地，首先根據嵌入式系統的應用需求和MCU內部數據Flash的扇區大小，合理設置數據分區大小和個(gè)數，將數據Flash的若干扇區劃分為多個(gè)數據分區。在每個(gè)數據分區的起始地址設置分區狀態(tài)字[3]，反映數據分區的存儲歷史時(shí)間，不同數據分區存儲數據在不同歷史時(shí)間的拷貝，當前數據分區存儲最新的數據拷貝;同時(shí)為每個(gè)數據條目建立數據狀態(tài)字，反映該數據在所在分區內存儲地址是否已經(jīng)被擦除。
系統上電后，首先根據數據分區狀態(tài)字查找存儲最新數據的分區，將之設置為最新數據分區，并設置其分區狀態(tài)字為最新分區狀態(tài)字。在數據讀操作進(jìn)行時(shí)，根據最新數據分區及數據在分區內的偏移地址計算最新數據拷貝的Flash存儲位置，直接讀取該地址。在數據寫(xiě)操作進(jìn)行時(shí)，首先計算該數據的Flash存儲地址，然后根據數據狀態(tài)字判斷數據所在的Flash存儲地址是否已經(jīng)被擦除[4]，如果寫(xiě)入位置已經(jīng)擦除，直接將數據寫(xiě)入當前分區中，其他數據保持不變;如果寫(xiě)入位置未擦除，進(jìn)行分區拷貝操作，即將數據寫(xiě)入下一個(gè)分區，將當前分區中的其他數據依次復制到下一個(gè)分區，同時(shí)將下一個(gè)分區設置為最新數據分區，更新最新分區狀態(tài)字并存儲在最新數據分區首地址位置。其設計流程如圖1所示。
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