利用基于閃存的MCU實現用戶數據存儲

　　方案1

　　問題：校準信息、MAC地址或制造數據等配置數據必須要存儲在產品中。雖然這些通常是固定不變的信息，但在整個產品生命周期內配置數據需要多次更新的可能性還是存在的。

　　解決方案：下面是實際中最容易想到的例子。有兩個塊，一個塊在字地址0x7E00處，另一個在0x7F00處，都用于數據存儲。在第一次收到保存配置數據的命令時，處理器會檢查這兩個塊，在發現它們都是空塊后，配置數據被就存入第一個塊。

　　保存配置數據的第二條命令同樣會使處理器再一次檢查這兩個塊。當發現塊0已經有數據后，它就將配置數據拷貝到塊1，然后擦除塊0中的數據。

　　當收到恢復配置的請求時(比如在上電時)，處理器會同時讀取兩個塊的數據并確定哪個塊在用。只要是沒被擦除的塊就是在用塊。

　　這種方案的主要優點是簡單：如果設備在上電(或其他配置恢復事件)時需要塊中的配置數據，這是很好的一種方案。讀數程序會接受一個字長的指針，返回該地址的數值，寫入程序則接受一個字長的指針，然后嘗試向該地址進行寫入操作。擦除程序只是同時擦除兩個塊。

　　這種方案的主要缺點就是主要優點的反面：程序的思路太過簡單。沒有操作去判斷寫入數據是否成功—在發出寫入命令后，如果寫入失敗，處理器不會做任何事去解決問題。這也是為什么這個方案只是用來寫入已知是空的閃存塊的原因。

　　方案2

　　問題：要求用非易失性存儲技術來跟蹤用電量和其他經常變化的數據。更新經常是一周數次或一天數次發生。

　　解決方案：這是即使傳統EEPROM也需要尋求幫助的場合。問題是：更新的頻率和所有非易失性存儲器有限的寫入壽命這樣的事實不允許反復寫入和擦除單個EEPROM單元。考慮一個小時更新一次的情況，具有1萬次寫入-擦除次數限制的EEPROM只需一年時間就會失效，這個時間比電表所需的十年設計目標少得太多了。

　　解決這個問題的方法之一是實現某種形式的“損耗均衡”。這意味著不會有單個位置被反復寫數據。相反，寫入操作將呈類似合理指數分布的方式分散到整個存儲器陣列。

　　損耗均衡是一種很好理解的技術，在閃存器件中使用就是出于這個目的。但它的算法非常復雜和難以理解，不過對我們來說，一個更簡單的原理介紹就足夠了。

　　存儲陣列中的數據項是由數據單元(data element)號引用的，而不是地址。

　　數據單元號是一個唯一識別數據單元的任意8位數，因此在這種方案中，最多有255個數據單元(數據單元0是保留單元)。

　　每個數據單元有一個雙字節的頭部(見圖2)，包含了數據單元號和數據單元長度以及留給差錯管理使用的足夠空間，其中長度是一個兩位代碼，可表示1個、2個、3個或4個16位的字。

圖2：數據單元的頭部結構

　　寫一個數據單元需要知道寫入數據的地址、寫入數據的單元號和長度。寫函數先尋找陣列結尾，然后緊跟最后一個記錄之后寫入新的數據單元。

　　如果閃存頁中沒有足夠的空間容納指定長度的記錄，一個表示結尾的頁標記將被寫入，并會打開一個新的頁。有關典型數據頁的結構請見圖3。

圖3：典型的數據頁

　　在展開的數據頁中，先寫入經常要更新的數據單元1，再寫入從不更新的數據單元4，然后寫入需要多次更新的數據單元3。最后，寫入從不更新的數據單元2。

　　出現頁的結尾標記表明過進行過一次數據寫入嘗試，但由于數據單元太長而無法將數據單元裝進該頁，因此打開了一個新頁來容納該數據單元。整個數據結構的結尾設定為空白單元，這個位置有望成為單元頭部。

　　值得注意的是，我還沒有說明重復記錄的問題。這是因為在這種方案中重復記錄不是問題。事實上，讀寫程序是完全忽略重復記錄的。

　　在寫數據時，新的記錄會寫在陣列的最后，而不管是否有相同號碼的記錄存在。在讀數據時，只有匹配請求記錄號的最后，也就是最近的記錄被讀出來。

　　從陣列中讀出一個數據單元要比寫入稍微復雜一些。讀函數首先接受應被寫入數據單元內容的單元號碼和地址。當被調用時，讀函數從頭開始搜索陣列。

　　當它找到與請求數據單元相匹配的記錄時，它將對應的地址先存起來，然后繼續搜索。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的地址。

　　當到達陣列結尾時，最終存儲的地址將指向最近寫入拷貝的請求記錄。讀函數隨即在被調用時將這個數據拷貝到緩存。

　　復用存儲器空間

　　現在，我們已經有了一種以讀取為主的可行機制用于從存儲陣列中存取記錄。剩下只有一個問題：我們還沒有建立起復用被廢棄的記錄拷貝占用的空間。(我們也還沒有建立刪除記錄的機制，但由于是用在嵌入式應用中，這可能不是一個很重要的特性)

　　如果不恢復空間，分配的空間將很快用完。恢復空間意味著擦除整個頁，因為閃存只能一次擦除一整頁。但閃存頁被隨意擦除時將會出現刪除有用信息的風險。唯一的方法是在擦除舊頁時將有效信息拷貝到新的頁。

　　從廢棄記錄恢復空間要分三步走：首先，打開新的閃存頁，將每個數據單元的最新版拷貝到新的頁；然后，刪除舊頁；最后，在新頁上放置頁標記以便讀程序能找到它們。