基于嵌入式MCU數(shù)據(jù)Flash的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及管理方法研究與實(shí)現(xiàn)

　　摘要：本文設(shè)計(jì)了一種利用MCU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash存儲(chǔ)非易失性數(shù)據(jù)的方法，它將數(shù)據(jù)Flash的若干扇區(qū)劃分為多個(gè)數(shù)據(jù)分區(qū)，不同數(shù)據(jù)分區(qū)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)在不同歷史時(shí)間的拷貝，最新數(shù)據(jù)分區(qū)存儲(chǔ)最新的數(shù)據(jù)拷貝;在數(shù)據(jù)讀操作進(jìn)行時(shí)，計(jì)算最新數(shù)據(jù)拷貝的Flash存儲(chǔ)位置，直接讀取該地址;在數(shù)據(jù)寫操作進(jìn)行時(shí)，判斷數(shù)據(jù)寫入位置是否已經(jīng)被擦除，如果寫入位置未擦除，將數(shù)據(jù)寫入下一個(gè)分區(qū)，同時(shí)將當(dāng)前分區(qū)中的其他數(shù)據(jù)復(fù)制到下一個(gè)分區(qū);如果寫入位置已經(jīng)擦除，直接將數(shù)據(jù)寫入當(dāng)前分區(qū)中。該方法實(shí)現(xiàn)了類似EEPROM的數(shù)據(jù)讀寫方式，操作方便，應(yīng)用接口簡單，而且可以盡量避免扇區(qū)擦除操作，提高存儲(chǔ)效率，同時(shí)提高MCU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash的使用壽命。

　　引言

　　在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常需要存儲(chǔ)一些非易失性的數(shù)據(jù)，在筆者開發(fā)的電動(dòng)汽車儀表盤中，需要存儲(chǔ)總里程、小計(jì)里程、電機(jī)故障等其他信息，采用支持對(duì)字節(jié)讀寫的EEPROM實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，操作起來和RAM一樣簡單方便，但同時(shí)會(huì)在大批量產(chǎn)品的生產(chǎn)中帶來成本問題和維護(hù)問題。在有數(shù)據(jù)Flash的MCU中，采用數(shù)據(jù)Flash代替EEPROM實(shí)現(xiàn)非易失性的存儲(chǔ)，便可以節(jié)約成本且無需維護(hù)，筆者所設(shè)計(jì)的儀表盤采用內(nèi)置4KB數(shù)據(jù)閃存的MC9S12HY32做為處理器，足以滿足儀表盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求。用Flash存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)方式是為每個(gè)數(shù)據(jù)分配固定的存儲(chǔ)地址，由于Flash在進(jìn)行寫操作時(shí)需要先擦除數(shù)據(jù)所在的整個(gè)扇區(qū)^[1]，對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行寫操作便會(huì)造成對(duì)扇區(qū)內(nèi)其他數(shù)據(jù)的擦除，由于擦除操作耗時(shí)較長，不僅效率低，影響嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，而且為了避免丟失其他數(shù)據(jù)需要相當(dāng)復(fù)雜的處理，對(duì)MCU的RAM空間也有一定的要求。如果寫入數(shù)據(jù)失敗，會(huì)造成所寫入數(shù)據(jù)的丟失，如果在擦除扇區(qū)后發(fā)生掉電，便會(huì)造成扇區(qū)內(nèi)所有數(shù)據(jù)的丟失。不僅如此，由于每次寫入操作都需要先擦除扇區(qū)，以擦除次數(shù)表征的Flash使用壽命也無法滿足產(chǎn)品生命周期的要求。本文提供一種利用MCU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash存儲(chǔ)非易失性數(shù)據(jù)的方法^[2]，它不僅操作方便，應(yīng)用接口簡單，而且可以盡量避免扇區(qū)擦除操作，提高存儲(chǔ)效率，同時(shí)提高M(jìn)CU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash的使用壽命。

　　總體設(shè)計(jì)

　　通過在MCU數(shù)據(jù)Flash上建立多個(gè)數(shù)據(jù)分區(qū)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多個(gè)拷貝，避免對(duì)Flash固定地址的反復(fù)擦除，提高Flash的使用壽命，同時(shí)通過數(shù)據(jù)讀寫方法的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分區(qū)的管理，避免對(duì)Flash扇區(qū)的不必要擦除，并最終實(shí)現(xiàn)和EEPROM讀寫很類似的應(yīng)用接口。具體地，首先根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用需求和MCU內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash的扇區(qū)大小，合理設(shè)置數(shù)據(jù)分區(qū)大小和個(gè)數(shù)，將數(shù)據(jù)Flash的若干扇區(qū)劃分為多個(gè)數(shù)據(jù)分區(qū)。在每個(gè)數(shù)據(jù)分區(qū)的起始地址設(shè)置分區(qū)狀態(tài)字^[3]，反映數(shù)據(jù)分區(qū)的存儲(chǔ)歷史時(shí)間，不同數(shù)據(jù)分區(qū)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)在不同歷史時(shí)間的拷貝，當(dāng)前數(shù)據(jù)分區(qū)存儲(chǔ)最新的數(shù)據(jù)拷貝;同時(shí)為每個(gè)數(shù)據(jù)條目建立數(shù)據(jù)狀態(tài)字，反映該數(shù)據(jù)在所在分區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)地址是否已經(jīng)被擦除。

　　系統(tǒng)上電后，首先根據(jù)數(shù)據(jù)分區(qū)狀態(tài)字查找存儲(chǔ)最新數(shù)據(jù)的分區(qū)，將之設(shè)置為最新數(shù)據(jù)分區(qū)，并設(shè)置其分區(qū)狀態(tài)字為最新分區(qū)狀態(tài)字。在數(shù)據(jù)讀操作進(jìn)行時(shí)，根據(jù)最新數(shù)據(jù)分區(qū)及數(shù)據(jù)在分區(qū)內(nèi)的偏移地址計(jì)算最新數(shù)據(jù)拷貝的Flash存儲(chǔ)位置，直接讀取該地址。在數(shù)據(jù)寫操作進(jìn)行時(shí)，首先計(jì)算該數(shù)據(jù)的Flash存儲(chǔ)地址，然后根據(jù)數(shù)據(jù)狀態(tài)字判斷數(shù)據(jù)所在的Flash存儲(chǔ)地址是否已經(jīng)被擦除^[4]，如果寫入位置已經(jīng)擦除，直接將數(shù)據(jù)寫入當(dāng)前分區(qū)中，其他數(shù)據(jù)保持不變;如果寫入位置未擦除，進(jìn)行分區(qū)拷貝操作，即將數(shù)據(jù)寫入下一個(gè)分區(qū)，將當(dāng)前分區(qū)中的其他數(shù)據(jù)依次復(fù)制到下一個(gè)分區(qū)，同時(shí)將下一個(gè)分區(qū)設(shè)置為最新數(shù)據(jù)分區(qū)，更新最新分區(qū)狀態(tài)字并存儲(chǔ)在最新數(shù)據(jù)分區(qū)首地址位置。其設(shè)計(jì)流程如圖1所示。