4 NOR Flash 分塊狀態(tài)切換與使用均衡

在Flash 的使用過程中, 必然存在著多次的數(shù)據(jù)更新, 當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)更新的一般做法是先將新數(shù)據(jù)寫入Flash, 然后將舊的數(shù)據(jù)置為無效狀態(tài)[ 6] 。如果每次數(shù)據(jù)更新都馬上將原先數(shù)據(jù)擦除,

則將造成Flash 的擦除次數(shù)急劇增加。隨著數(shù)據(jù)更新次數(shù)的增多, 也就導(dǎo)致Flash 存儲系統(tǒng)中的可用資源不斷減少, 因此在某個時刻就必須對系統(tǒng)中的垃圾資源進行回收。通過巧妙設(shè)置Flash 分塊的狀態(tài),并在資源回收過程中對源、目標(biāo)兩個分塊進行適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)切換, 可以確保在資源回收過程中不會因掉電原因而產(chǎn)生數(shù)據(jù)的丟失。令回收源分塊為A, 新目標(biāo)分塊為B, 資源回收流程如圖2 所示。

圖2 資源回收流程圖

對于每次系統(tǒng)上電后, 應(yīng)用程序?qū)⒆x取每個Flash 數(shù)據(jù)分塊的頭部信息, 在內(nèi)存中建立相應(yīng)的分塊信息表, 同時根據(jù)頭部信息和空閑地址搜索算法去初始化每種數(shù)據(jù)類型的起始地址與空閑區(qū)域首地址, 同時必須對異常狀態(tài)進行檢測恢復(fù)。其中對每個分塊的初始化主要是根據(jù)分塊頭部的狀態(tài)信息進行判斷, 檢測是否之前有掉電過, 然后做出相應(yīng)處理, 主要有以下幾種可能:

1) 狀態(tài)為BF _NOT _INIT, 則將其初始化為BF_FREE 狀態(tài)。

2) 狀態(tài)為BF_FREE 或BF_INUSE, 則在內(nèi)存中建立分塊信息, 無需其它操作。

3) 狀態(tài)為BF _ COPYIN G _ DAT A 或BF _ERASING, 則將其擦除后置為BF_FREE 狀態(tài)。

4) 分塊A 狀態(tài)為BF_SRC_DATA, 如果有另一個分塊B 為BF_COPY _FINISHED, 則根據(jù)流程圖繼續(xù)完成資源回收操作。如果有另一個分塊B 為BF_COPYING_DAT A, 則擦除B 后置為BF_FREE 狀態(tài), 然后對A 重新進行資源回收操作。

5) 狀態(tài)為BF_INVA LID, 則該塊為壞塊, 不在內(nèi)存中建立分塊信息。

為了均衡每一個分塊的使用次數(shù), 延長整塊Flash 的使用壽命, 在每次進行分塊擦除之后, 必須先將之前記錄下來的Block_Erase_Counter 加1, 然后組成新的頭部信息重新寫回分塊頭部, 從而達(dá)到動態(tài)記錄每個分塊擦除次數(shù)的功能。在進行空閑分塊申請的時候, 必須遍歷所有狀態(tài)為BF_FREE 分塊, 選取Block_Erase_Counter 數(shù)值最小的作為新分塊分配, 從而使得每個分塊的使用次數(shù)趨于一致。

5 分塊管理在嵌入式軟件系統(tǒng)中的實現(xiàn)

在嵌入式軟件的設(shè)計中, 良好的軟件架構(gòu)設(shè)計可以使得軟件具有更好的可靠性及可擴展性。目前分層架構(gòu)是嵌入式軟件系統(tǒng)設(shè)計中最為流行的一種[ 7] 。因此在軟件實現(xiàn)過程中, 采用了分層的軟件架構(gòu)將分塊管理軟件分為Flash 驅(qū)動層、No rFlash 分塊管理層和數(shù)據(jù)類型管理層三層。

具體的軟硬件分層示意圖如圖3 所示。

圖3 存儲模塊軟件構(gòu)架

軟件最底層為Flash 驅(qū)動層, 考慮到NOR Flash存儲器的多樣性, 并且各種器件的底層驅(qū)動可能不同, 因此Flash 驅(qū)動層的建立可以向分塊管理層屏蔽具體的硬件信息。一般驅(qū)動層的實現(xiàn)主要采用函數(shù)指針的方法進行[ 8] , 初始化時通過讀取不同F(xiàn)lash 的ID 分別對read、write 和erase 等基本操作函數(shù)指針進行賦值, 此后上層軟件在對Flash 進行實際操作時則通過函數(shù)指針進行, 并不清楚具體的Flash 信息。在嵌入式系統(tǒng)中, 非易失性數(shù)據(jù)的種類有多種多樣, 因此分塊管理層本身并不涉及具體類型數(shù)據(jù)的存儲方法, 只是預(yù)留幾個字段用于記錄數(shù)據(jù)類型等信息[ 9] 。這些字段用于數(shù)據(jù)類型管理程序初始化時使用。數(shù)據(jù)類型管理層的主要功能是管理NOR Flash存儲器中不同類型的數(shù)據(jù), 向應(yīng)用程序提供基于數(shù)據(jù)類型的各種操作, 屏蔽掉具體的分塊管理信息。

分塊管理層程序負(fù)責(zé)資源回收算法、開機Flash 異?；謴?fù)算法的實, 同時向數(shù)據(jù)類型管理層提供各種類型數(shù)據(jù)的所在的分塊地址信息。通過這種構(gòu)架使得每一層的實現(xiàn)都易于采用面向?qū)ο蟮乃枷雽崿F(xiàn), 其中從底層至上層的對象分別為Flash、分塊、數(shù)據(jù)類型。

6 結(jié)語

通過采用分塊管理與狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方法, Flash的存儲性能有了較大的改善, 而且數(shù)據(jù)的可靠性也有很大提高, 特別適用于無文件系統(tǒng)嵌入式設(shè)備中的數(shù)據(jù)存儲。同時通過合理的軟件構(gòu)架使得各個分層都易于采用面向?qū)ο蟮乃枷雽崿F(xiàn), 這樣有利于軟件的擴展與移植。目前這種方法已經(jīng)在數(shù)字電視機頂盒中采用, 實現(xiàn)效果甚好, 并且為上層軟件的設(shè)計帶來很大方便。