专利名称：嵌入式系统数据备份装置及方法
技术领域：
本发明涉及数据备份技术领域，更具体的说，本发明涉及一种嵌入式系统中的数据备份装置及方法。
背景技术：
嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。通常，硬件包括处理器/微处理器、存储器、外设器件和I/O端口以及图形控制器等，软件包括操作系统(要求实时和多任务操作)和应用程序，其中应用程序控制着系统的运作，而操作系统控制着应用程序与硬件的交互作用。
嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。一般的，嵌入式微处理器具有以下4个特点1)对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最低限度；2)可扩展的处理器结构，以能最迅速地开发出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器；3)嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，其功耗甚至只有mW甚至μW级；4)具有功能很强的存储区保护功能，由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。
目前，在上述嵌入式系统中，如何保证存储区数据访问的实时性和数据内容的可靠性是个难题，由于网上运行的通信设备存在频繁复位，掉电的复杂情况，如何在这种复杂情况下，保证存储区数据访问的实时性和可靠性，以及从使用的器件的成本的考虑，提供较优的解决方案是目前业界试图解决的一个瓶颈。
目前，现有数据备份的方法通常是采用单级备份或者双备份的形式，以单级备份为例，请参考图1，图2，其中图1示意了现有技术单级备份方式中进行数据备份的过程，图2示意了现有技术单级备份方式中数据恢复的过程。
如图1所示，备份数据通常保存在永久性存储介质中，需备份时，在外部命令下发之后，需备份的数据通过微处理器控制直接写入到永久性存储介质(比如FLASH介质，或者硬盘等)。
另外，如图2所示，需要数据恢复时，在网元复位或者外部命令触发后，直接从永久性存储介质里面读取原先保存的备份数据，达到数据恢复的目的。
上述现有技术中备份数据同最终保存的永久性存储介质直接打交道，实现相对简单，无需区分前台和后台操作，但缺点是无法实现对存储数据的有效保护，实时性因为永久性存储介质一般写入速度太慢，而效率低下，可靠性由于部分永久性存储介质(比如FLASH)写入操作需要预先擦除对应的数据块而存在危险时间，这时候如果网元发生复位或者掉电的情况将会导致数据无法正确恢复。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种嵌入式系统数据备份装置及方法，以进一步提高数据访问的实时性以及数据写入的可靠性。
为解决上述问题，本发明的嵌入式系统数据备份装置，包括上电非易失性存储器，用于存储备份的嵌入式系统数据；二级备份存储器，与所述上电非易失性存储器相连，用于对所述上电非易失性存储器备份的嵌入式系统数据进行二级备份；内存，用于缓存备份时从系统读入的需备份的嵌入式系统数据或数据恢复时从所述上电非易失性存储器或二级备份存储器读入的备份的嵌入式系统数据；微处理器，用于控制从所述内存向所述上电非易失性存储器写入所述需备份的嵌入式系统数据进行备份，或在数据恢复时，控制从所述上电非易失性存储器将所述备份的嵌入式系统数据读入所述内存，进行数据恢复；若所述上电非易失性存储器数据被破坏，则控制从所述二级备份存储器将所述备份的嵌入式系统数据读入所述内存进行数据恢复。
优化的，所述上电非易失性存储器为非易失性随机读写存储器或保留内存。
优化的，所述二级备份存储器为闪存或移动硬盘。
相应地，本发明的嵌入式系统数据备份方法，包括将需备份的嵌入式系统数据读入内存中；从内存中将所述需备份的嵌入式系统数据相应写入上电非易失性存储器进行备份，并将所述上电非易失性存储器中的数据写入二级备份存储器中进行二级备份，在数据恢复时，从所述上电非易失性存储器将所述备份的嵌入式系统数据读入内存，进行数据恢复；若所述上电非易失性存储器数据被破坏，则从所述二级备份存储器将备份的嵌入式系统数据读入内存进行数据恢复。
优化的，所述上电非易失性存储器为非易失性随机读写存储器或保留内存。
优化的，所述二级备份存储器为闪存或移动硬盘。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果本发明采用上电非易失性存储器存储备份的嵌入式系统数据，永久性存储介质作为二级备份存储器。由于所述上电非易失性存储器，例如非易失随机读写存储器(NVRAM，Non-Volatile Random Access Memory)介质(或者保留内存)作为数据的备份区域，具有读写访问迅速的特点，且至少具有非上电复位能够保存的特点，适合作为数据的一级备份区，可以解决正在写入一块永久性存储介质的时候发生上电复位的情况时，信息不会丢失，减少数据写入的危险时间，同时采用永久性存储介质作为二级备份存储器，实际上实时保证了在嵌入式系统运行的任何时刻，至少能够保证有一块存储介质是可用的，从而保证数据保存的可靠性，因此，本发明数据访问的实时性和可靠性都较现有技术提高了。
图1是现有技术嵌入式系统中采用单级备份方式进行备份的示意图；图2是现有技术嵌入式系统中采用单级备份方式进行数据恢复的示意图；图3是本发明嵌入式系统数据备份装置的具体实施例的一种组成示意图；图4是本发明嵌入式系统数据备份方法中对数据进行备份的示意图；图5是本发明嵌入式系统数据备份方法中利用备份数据进行数据恢复的示意图。
具体实施例方式
一般的，存储器具有以下性能指标1、存储器容量存储器容量是指存储器可以容纳的二进制信息总量，即存储信息的总位(Bit)数。存储器容量越大，则存储的信息越多。目前存储器芯片的容量越来越大，价格在不断地降低，这主要得益于大规模集成电路的发展。
2、存取速度存储器的速度直接影响计算机的速度。存取速度可用存取时间和存储周期这两个时间参数来衡量。存取时间是指CPU发出有效存储器地址从而启动一次存储器读写操作，到该读写操作完成所经历的时间，这个时间越小，则存取速度越快。目前，高速缓冲存储器的存取时间已小于5ns。存储周期是连续启动两次独立的存储器操作所需要的最小时间间隔，这个时间一般略大于存取时间。
3、可靠性存储器的可靠性用平均故障间隔时间(MTBF，Mean Time BetweenFailures)来衡量，MTBF越长，可靠性越高。
4、性能/价格比这是一个综合性指标，性能主要包括上述三项指标—存储容量、存储速度和可靠性。对不同用途的存储器有不同的要求。例如，有的存储器要求存储容量，则就以存储容量为主；有的存储器如高速缓冲器，则以存储速度为主。
目前嵌入式系统应用的存储介质主要有如下几种内存(也即常规内存)、保留内存(非上电复位情况下，数据不丢失的内存)、NVRAM(泛指所有掉电保存的随机存储器)、永久性存储介质(如FLASH，硬盘等)，以及其他单板的存储介质。各种存储介质特点如表一所示表一
参考表一，不同的存储介质具有不同的存储特性，内存(通常也称为常规内存)在网元掉电和复位的时候，信息都将丢失。保留内存在网元非上电复位的时候，信息将保留。NVRAM介质在网元发生上电复位以及非上电复位的情况，其信息都可以保留，并且写入速度同内存相当，但其存在缺陷就是需要电池单独供电，同时成本也较高。永久性存储介质的特点是其内容在掉电或者非掉电过程发生的时候，内容都会保留，缺点是写入速度慢，写入前需要以块方式擦除，容易造成数据信息丢失。
参考图3，该图是本发明嵌入式系统数据备份装置的具体实施例组成示意图。
本实施例中上电非易失性存储器10可以采用NVRAM或者保留内存，由于目前NVRAM存储介质价格较为昂贵，对于低端的设备类型，可以考虑以保留内存替代NVRAM，对于高端的设备类型，可以考虑使用NVRAM。具体实现时根据实际情况进行选择，如图3所示，上电非易失性存储器10，用于存储备份的嵌入式系统数据，具体备份时，由于所述上电非易失性存储器10读写速度较快，可提高备份数据访问的实时性，另外相对现有技术数据恢复需直接与永久性存储介质进行数据读写访问，可靠性较低的问题，本发明采用所述上电非易失性存储器10，写入数据时速度较快，因此，危险时间也相对减少，数据写入的可靠性也进一步提高了；二级备份存储器11，用于对所述上电非易失性存储器10备份的嵌入式系统数据进行二级备份，具体的，所述上电非易失性存储器10，例如NVRAM介质(或者保留内存)作为数据备份区域，具有读写访问迅速的特点，至少具有非上电复位能够保存的特点，适合作为数据的一级备份区，但一旦所述上电非易失性存储器10的数据被破坏，例如NVRAM(或者保留内存)只有一个备份区域，一旦该区域被破坏，也容易导致数据无法正常恢复，这就需要二级备份存储器11作为二级备份，以防止所述上电非易失性存储器10备份的数据被非法破坏之后，数据内容发生丢失的情况。本发明中采用所述二级备份存储器11，可以实时保证了在嵌入式系统(也即网元)运行的任何时刻，至少能够有一块存储介质是可用的，从而保证了数据保存的可靠性，具体实现时，所述二级备份存储器11可以采用闪存或移动硬盘或其他可用的永久性存储介质，这里不再赘述；内存12，用于缓存备份时从系统读入的需备份的嵌入式系统数据或数据恢复时从所述上电非易失性存储器或二级备份存储器读入的备份的嵌入式系统数据，本发明中所述内存12作为嵌入式系统中应用模块最常访问的备份数据存储区域，应用层对备份数据所有的查询和修改操作都必须首先经过内存进行，内存访问效率高，写入速度快，正好满足了应用层高效访问的要求。
微处理器13，用于控制从所述内存12向所述上电非易失性存储器10写入所述需备份的嵌入式系统数据进行备份，或在数据恢复时，控制从所述上电非易失性存储器10将所述备份的嵌入式系统数据读入所述内存12，进行数据恢复；若所述上电非易失性存储器10数据被破坏，则控制从所述二级备份存储器11将所述备份的嵌入式系统数据读入所述内存12进行数据恢复。
下面说明本发明中通过下发命令写入数据进行备份，以及网元复位时读取备份数据进行恢复的过程，其中二级备份存储器采用永久性存储介质。
参考图4，该图是本发明中嵌入式系统数据备份方法的示意图。
首先，将需备份的嵌入式系统数据读入内存中；然后，从内存中将所述需备份的嵌入式系统数据相应写入上电非易失性存储器(本实施例中为非易失性随机读写存储器或保留内存)进行备份，并将所述上电非易失性存储器中的数据写入二级备份存储器中进行二级备份；如图示，具体的命令下发保存的次序是需备份的数据通过格式转化，保存到常规内存，常规内存通过备份接口保存到NVRAM(或者保留内存)，再将NVRAM(或者保留内存)的数据写入到采用永久性存储介质的二级备份存储器中，最终达到数据的完整保存。
参考图5，该图是本发明嵌入式系统数据备份方法中利用备份数据进行数据恢复的示意图。
网元数据的恢复过程，同数据的备份过程正好相反，不过由于NVRAM(或者保留内存)的数据是保存的最新的数据，所以必须优先从NVRAM(或者保留内存)中进行恢复。当NVRAM(或者保留内存)中保存的备份数据不正确，导致无法恢复，才自动从采用永久性存储介质的二级备份存储器中寻找可以恢复的数据进行恢复。
具体数据恢复的过程如下优先从NVRAM或者保留内存中恢复数据；当NVRAM或者保留内存的数据库损坏的情况下，通常从完整的永久性存储介质的存储区中进行恢复。如果选择的永久性存储介质都完整，则从最后备份的一块永久性存储区中恢复；如果从永久性存储介质恢复数据失败，则相当于备份区中没有任何可用的数据，也即网元数据需要重新生成，则会创建一个新的空数据库供应用模块写入。
综上，本发明通过将各种存储介质的特点综合利用，保证可靠性，提高效率，具有以下特点1、数据备份可以满足快速访问的要求；2、两级备份区保证数据库的完整性，总保留一份完整的可供使用的数据库；3、发生复位或者掉电的时候，数据库可恢复；4、根据设备的具体情况，可以选择保留内存或者NVRAM作为一级备份区，有效节省了成本。
以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，非因此即局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所为的等效变化，均理同包含于本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.一种嵌入式系统数据备份装置，其特征在于，包括上电非易失性存储器，用于存储备份的嵌入式系统数据；二级备份存储器，用于对所述上电非易失性存储器备份的嵌入式系统数据进行二级备份；内存，用于缓存备份时从系统读入的需备份的嵌入式系统数据或数据恢复时从所述上电非易失性存储器或二级备份存储器读入的备份的嵌入式系统数据；微处理器，用于控制从所述内存向所述上电非易失性存储器写入所述需备份的嵌入式系统数据进行备份，或在数据恢复时，控制从所述上电非易失性存储器将所述备份的嵌入式系统数据读入所述内存，进行数据恢复；若所述上电非易失性存储器数据被破坏，则控制从所述二级备份存储器将所述备份的嵌入式系统数据读入所述内存进行数据恢复。
2.根据权利要求1所述的嵌入式系统数据备份装置，其特征在于，所述上电非易失性存储器为非易失性随机读写存储器或保留内存。
3.根据权利要求1或2所述的嵌入式系统数据备份装置，其特征在于，所述二级备份存储器为闪存或移动硬盘。
4.一种嵌入式系统数据备份方法，应用于前述嵌入式系统数据备份装置中，其特征在于，包括将需备份的嵌入式系统数据读入内存中；从内存中将所述需备份的嵌入式系统数据相应写入上电非易失性存储器进行备份，并将所述上电非易失性存储器中的数据写入二级备份存储器中进行二级备份；在数据恢复时，从所述上电非易失性存储器将所述备份的嵌入式系统数据读入内存，进行数据恢复；若所述上电非易失性存储器数据被破坏，则从所述二级备份存储器将备份的嵌入式系统数据读入内存进行数据恢复。
5.根据权利要求4所述的嵌入式系统数据备份方法，其特征在于，所述上电非易失性存储器为非易失性随机读写存储器或保留内存。
6.根据权利要求4或5所述的嵌入式系统数据备份方法，其特征在于，所述二级备份存储器为闪存或移动硬盘。
全文摘要
本发明公开一种嵌入式系统数据备份装置，包括上电非易失性存储器，用于存储备份的嵌入式系统数据；二级备份存储器，与所述上电非易失性存储器相连，用于对所述上电非易失性存储器备份的嵌入式系统数据进行二级备份；内存，用于缓存备份时从系统读入的需备份的嵌入式系统数据或数据恢复时从所述上电非易失性存储器或二级备份存储器读入的备份的嵌入式系统数据；微处理器，用于控制上述装置进行相应数据备份和数据恢复。另外，本发明还公开了一种相应的嵌入式系统数据备份方法。利用上电非易失性存储器读写速度快的特点，以及采用永久性存储介质的二级备份存储器作为二级备份，本发明进一步提高了备份或恢复时数据访问的实时性以及写入的可靠性。
文档编号H04B1/74GK1783025SQ200410096680
公开日2006年6月7日 申请日期2004年12月3日 优先权日2004年12月3日
发明者刘刚, 粱峰 申请人:华为技术有限公司