一种数据存储方法与流程

1.本发明涉及数据存储领域，尤其涉及多源融合传感器数据的存储领域。


背景技术：

2.智能化设备开发、调试中，需要存储多传感器实时采集的数据，便于分析设备的工作过程。例如无人机开发、测试、调试、飞行过程中，为了便于分析无人机的详细状态及控制效果，需要利用非易失性存储器对无人机姿态、gps定位等传感器的高速数据进行本地记录。可使用非易失性存储器nor flash存储数据。该种存储器写入数据前需要先擦除写入数据的区域，才可以写入，并且擦除次数有一定的限制，超出限制后，该区域将损坏。另外擦除期间或者写入数据期间，突然断电会引起数据错乱，甚至整个芯片的存储管理系统崩溃。
3.管理这种非易失性存储器，通常有两种方案：一是利用文件系统对存储器进行管理；二是将存储区域划分为数据存储单元和逻辑存储单元，二者建立映射关系，逻辑存储单元用于记录数据存储区每个单元写入的次数及其他信息，通过对比数据存储单元写入的次数，每次存储数据前，选择写入次数较少的存储单元写入数据。
4.使用文件系统的缺点包括以下两点：
5.缺点1：文件系统消耗硬件平台的rom和ram资源较多；
6.缺点2：基于文件系统存储数据时消耗的时间不固定，文件比较多或者文件比较大的时候，基于单片机硬件平台，存储文件耗时可达秒级，而无人机系统高速采集数据时，每10ms或者更快就产生1包数据，此种工况，存储耗时不能接受；
7.划分逻辑单元常规方法缺点：划分逻辑单元的常规方案虽然可以解决磨损平衡的问题，但是记录统计存储单元信息，比较耗费时间，且随着存储器循环使用，逻辑单元管理的内容越来越庞大，计算管理信息耗时逐渐变长，且耗时不固定，也很难满足基于单片机平台的无人机传感器高速数据的存储要求。


技术实现要素：

8.本发明公开了一种数据存储方法，该方法通过发明一种nor flash管理方法，具有存储器磨损平衡和断电保护功能。
9.该方法将nor flash存储器的存储区分为数据区和索引区，并按照每条数据记录和每条索引占用的存储空间大小，等比例分配数据区和索引区存储空间，数据区和索引区的每个存储单元保持相同的擦写频率，如此可以做到磨损平衡；索引区建立多备份镜像，异常断电时其中一份镜像可能遭到破坏，其他索引镜像正确保存，通过查找两份正确且相同的索引镜像恢复现场，实现断电保护。该方法每次更新索引区时，管理方法涉及的计算耗时固定且较短，能够满足小型无人机硬件平台条件下对存储数据实时性的要求。
10.该存储方法具体技术方案描述如下：
11.nor flash分为两个区，d区用于存储数据记录，r区用于存储数据记录索引；
12.d区共可存储n条数据记录，每存储一条数据记录，索引都会发生一次变化，在r区
存储变化后的索引；
13.为实现磨损平衡，在r区开辟一块大小为n*n的存储区，用于存储索引值，n表示一组索引占用的存储空间大小；
14.d区每存入一条数据记录后，索引值相应变化，索引值存储地址递增一个单元后，将索引值写入更新后的存储地址；
15.d区数据记录存储到n条，存满一次时，索引区也刚好存满，索引区擦除一次，重新从索引区初始地址存储索引的值，此时数据区所有存储单元也刚被擦写一次，如此可以保持数据区和索引区每个存储单元相同的擦写频率，从而实现索引区和数据区的磨损平衡；
16.为了实现断电保护，索引区建立4份索引镜像。如遇异常断电，系统重新上电时，通过对比4份索引镜像，恢复断电前的正确的索引值，具体表述如下。
17.若更新第一份索引镜像时断电，第一份索引镜像错乱，第二、三、四份索引镜像正确且相同，存储器重新上电时，用第二份镜像恢复索引值；
18.若更新所述第二份索引镜像时断电，第二份索引镜像错乱，第三、四份索引镜像正确且相同，存储器重新上电时，用第三份索引镜像恢复索引值；
19.若更新第三份索引镜像时断电，第三份索引镜像错乱，第一、二份镜像正确且相同，存储器重新上电时，用第一份镜像恢复索引值；
20.若更新第四份索引镜像时断电，第四份索引镜像错乱，第一、二、三份索引镜像正确且相同，存储器重新上电时，用第一份索引镜像恢复索引值。
21.本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果：
22.优点1：具有磨损平衡和断电保护功能；
23.优点2：管理方法简便易行，消耗微控制器的资源少，包括rom和ram资源；
24.优点3：管理方法涉及的计算时间短，且比较固定，能够满足资源受限的单片机硬件平台实时数据存储要求。
附图说明
25.图1为本发明具体实施例提供的nor flash分区示意图；
26.图2为本发明具体实施例提供的基于磨损平衡的前2条数据记录的存储过程；
27.图3为本发明具体实施例提供基于磨损平衡的倒数第4条、倒数第3条和倒数第2条据记录的存储过程；
28.图4为本发明具体实施例提供的基于磨损平衡的末尾记录存储，以及初次循环覆盖时的前2条数据记录存储过程；
29.图5为本发明具体实施例提供的断电保护过程示意图；
30.图6为本发明具体实施例提供的w25q128芯片的分区示意图。
具体实施方式
31.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
32.参见图1，图1为本发明实施例提供的分区示意图，如图1所示：
33.nor flash分为两个区，d区用于存储数据记录，r区用于存储数据记录索引。d区共
可存储n条数据记录，每存储一条数据记录，索引都会发生一次变化，需要擦写r区存储更新后的索引，如此r区擦写过于频繁，易造成存储单元损坏。为了避免存储单元频繁擦写，本发明在r区开辟一块存储区，存储区的大小为：
34.b＝n*n
35.其中：b表示索引存储所占用的字节数，n表示数据区可存储的数据记录数，n表示每条索引记录的占用字节数。索引记录共两个参数，分别是first-index、next-index。其中first-index表示最早存入的数据的索引号，next-index表示最新数据产生时，需要存入的位置。next-index减去1表示，最晚一次存入的数据的索引号。
36.参见图2，图2为本发明具体实施例提供基于磨损平衡的前2条数据记录的存储过程，具体步骤如下：
37.步骤201，存储器格式化完毕，为存储首条数据记录做准备，此时数据区的存储单元全部为空白，索引区首地址存储一条索引记录，first-index、next-index的值都为0，指向第1条数据记录位置。第1条数据记录的编号为0，第n条数据记录的编号为n-1。
38.步骤202，数据区写入第1条数据记录，索引区存储地址加1，写入的first-index的值仍为0，指向第一条数据记录位置，next-index的值为1，指向第2条数据记录位置。
39.步骤203，数据区写入第2条数据记录，索引区存储地址继续加1，写入的first-index的值仍为0，指向第一条数据记录位置，next-index的值为2，指向第3条数据记录位置。
40.参见图3，为本发明具体实施例提供基于磨损平衡的倒数第4条、倒数第3条和倒数第2条据记录的存储过程，具体步骤如下：
41.步骤301，数据区写入第n-3条数据记录，索引区存储地址继续加1，写入的first-index的值仍为0，指向第一条数据记录位置，next-index的值为n-3，指向第n-2条数据记录位置。
42.步骤302，数据区写入第n-2条数据记录，索引区存储地址继续加1，写入的first-index的值仍为0，指向第一条数据记录位置，next-index的值为n-2，指向第n-2条数据记录位置。
43.步骤303，数据区写入第n-1条数据记录，索引区存储地址继续加1，写入的first-index的值仍为0，指向第一条数据记录位置，next-index的值为n-1，指向第n条数据记录位置。参见图4，图4为本发明具体实施例提供的基于磨损平衡的末尾记录存储，以及初次循环覆盖时的前2条数据记录存储过程；具体步骤如下：
44.步骤401，数据区写入第n条数据记录，索引区全部擦除后，索引区存储首地址用于存储当前索引号，写入的first-index的值为1，指向第二条数据记录位置，next-index的值为0，指向第1条数据记录位置。索引地址递增到n后，需要将整个索引存储区擦除一次，索引号从起始的0地址开始存储。此时数据区的存储单元也被擦写过一次，索引区和数据区每个存储单元保持相同的擦写频率，实现磨损平衡。
45.步骤402，数据区写入第1条数据记录，索引区存储地址加1，写入的first-index的值仍为2，指向第3条数据记录位置，next-index的值为1，指向第2条数据记录位置。
46.步骤403，数据区写入第2条数据记录，索引区存储地址加1，写入的first-index的值为3，指向第4条数据记录位置，next-index的值为2，指向第3条数据记录位置。
47.步骤403之后，顺序存储，直到存储到第n-3条数据记录，再执行301步骤，如此进行循环存储。
48.参见图5，图5为本发明具体实施例提供的断电保护过程示意图，如图5所示，建立4份索引镜像，实现断电保护，正常情况下，索引值变化时，4份索引镜像中都写入正确的索引值，遇异常断电，分4种情形说明断电保护的详细步骤：
49.步骤501，修改m1索引镜像时，如遇断电，m1镜像错乱。镜像m2、m3、m4还保持错乱之前最后一次正确的索引值，设备重新上电时通过对比镜像可以发现m1与m2不同，m2与m3相同，则读出镜像m2的索引值使用，并将正确的索引值写入m1镜像；
50.步骤502，修改m2索引镜像时，如遇断电，m2镜像错乱。镜像m1已经更新为最新的索引值，镜像m3、m4还保持错乱之前最后一次正确的索引值，设备重新上电时通过对比镜像可以发现m1与m2不同，m2与m3不同，m3与m4相同，则读出镜像m3的索引值使用，并将正确的索引值写入m1镜像和m2镜像。
51.步骤503，修改m3索引镜像时，如遇断电，m3镜像错乱。镜像m1和m2已经更新为错乱之前正确的索引值，m4还保持错乱之前的前一次的索引值，设备重新上电时通过对比镜像可以发现m1与m2相同，m2与m3不同，则读出镜像m1的索引值使用，并将正确的索引值写入m3镜像和m4镜像。
52.步骤504，修改m4索引镜像时，如遇断电，m4镜像错乱。镜像m1、m2、m3已经更新为错乱之前的索引值，设备重新上电时通过对比镜像可以发现m1与m2相同，m2与m3相同，m3与m4不同，则读出镜像m1的索引值使用，并将正确的索引值写入m4镜像。
53.参见图6，图6为本发明具体实施例提供的w25q128芯片的分区示意图，给出了基于nor flash芯片w25q128的一种具体分区方案：
54.w25q128型nor flash芯片存储数据，w25q128型nor flash芯片总的字节数为16777216(0x1000000)。
55.按照图6进行分区，高512k字节作为索引区，用于存储数据索引和设备的配置参数，其余的低地址区域用于存储数据。每条数据记录长度为4096字节，数据区共可以存储数据的记录数为3968条。索引循环的数值n取3968。first_index和next_index各占用两字节，每条索引记录共占用4字节。每个索引镜像占用15,872字节，4个索引镜像共占用63,488字节。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。