基于虛擬扇區(qū)的Flash存儲(chǔ)管理技術(shù)

摘要：首先，針對(duì)閃存Flash的存儲(chǔ)編程特點(diǎn)，提出一種基于虛擬扇區(qū)的閃存管理技術(shù)，使系統(tǒng)對(duì)Flash的擦寫(xiě)次數(shù)大大降低，從而提高Flash的使用壽命和整個(gè)系統(tǒng)的性能。然后，通過(guò)嵌入式系統(tǒng)電子名片管理器，介紹這一技術(shù)的使用。隨著閃存的廣泛應(yīng)用，對(duì)Flash的有效存儲(chǔ)管理將有很大的實(shí)用意義和社會(huì)效益。

引言

隨著嵌入式系統(tǒng)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，大量需要一種能多次編程，容量大，讀寫(xiě)、擦除快捷、方便、簡(jiǎn)單，外圍器件少，價(jià)格低廉的非易揮發(fā)存儲(chǔ)器件。閃存Flash存儲(chǔ)介質(zhì)就是在這種背景需求下應(yīng)運(yùn)而生的。它是一種基于半導(dǎo)體的存儲(chǔ)器，具有系統(tǒng)掉電后仍可保留內(nèi)部信息，及在線擦寫(xiě)等功能特點(diǎn)，是一種替代EEPROM存儲(chǔ)介質(zhì)的新型存儲(chǔ)器。因?yàn)樗�的讀寫(xiě)速度比EEPROM更快，在相同容量的情況下成本更低，因此閃存Flash將是嵌入式系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成單元。

然而，由于Flash讀寫(xiě)存儲(chǔ)的編程特點(diǎn)，有必要對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)過(guò)程管理，以使整個(gè)系統(tǒng)性能得以改善。

1 閃存Flash的存儲(chǔ)編程特點(diǎn)

Flash寫(xiě)：由1變?yōu)?，變?yōu)?后，不能通過(guò)寫(xiě)再變?yōu)?。

Flash擦除：由0變?yōu)?，不能只某位單元進(jìn)行擦除。

Flash的擦除包括塊擦除和芯片擦除。塊擦除是把某一擦除塊的內(nèi)容都變?yōu)?，芯片擦除是把整個(gè)Flash的內(nèi)容都變?yōu)?。通常一個(gè)Flash存儲(chǔ)器芯片，分為若干個(gè)擦除block，在進(jìn)行Flash存儲(chǔ)時(shí)，以擦除block為單位。

當(dāng)在一個(gè)block中進(jìn)行存儲(chǔ)時(shí)，一旦對(duì)某一block中的某一位寫(xiě)0，再要改變成1，則必須先對(duì)整個(gè)block進(jìn)行擦除，然后才能修改。通常，對(duì)于容量小的block操作過(guò)程是：先把整個(gè)block讀到RAM中，在RAM中修改其內(nèi)容，再擦除整個(gè)block，最后寫(xiě)入修改后的內(nèi)容。顯然，這樣頻繁復(fù)雜的讀-擦除-寫(xiě)操作，對(duì)于Flash的使用壽命以及系統(tǒng)性能是很不好的，而且系統(tǒng)也常常沒(méi)有這么大的RAM空間資源。一種基于虛擬扇區(qū)的管理技術(shù)可以有效地控制Flash的擦寫(xiě)次數(shù)，提高Flash的使用壽命，從而提高系統(tǒng)性能。

2 基本原理

2.1概念

VSS（Visual Small Sector），虛擬小扇區(qū)：以它為單位讀寫(xiě)Flash內(nèi)容。

VSS ID（Visual Small Sector Identity），虛擬小扇區(qū)號(hào)：只通過(guò)虛擬扇區(qū)號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，不用考慮它的真實(shí)物理地址。

SI（Sector Identity），分割號(hào)：一個(gè)擦寫(xiě)邏輯塊中物理扇區(qū)的順序分割號(hào)。

BI（Block Identity）,塊號(hào)：Flash芯片中按擦除進(jìn)行劃分的塊號(hào)。

SAT（Sector Allocate Table），扇區(qū)分配表：一個(gè)擦寫(xiě)邏輯塊中的扇區(qū)分配表。一個(gè)SAT由許多SAT單元組成，一個(gè)SAT表對(duì)應(yīng)一個(gè)Block，一個(gè)SAT單元對(duì)應(yīng)一個(gè)VSS。

每個(gè)SAT單元最高兩位為屬性位，后面各位為VSS ID號(hào)。如果一個(gè)SAT單元由16位組成，則VSS ID最大可以達(dá)到16×1024；而如果SAT單元由8位組成，則VSS ID最大可以達(dá)到64，具體約定由應(yīng)用情況而定。

2.2 實(shí)現(xiàn)原理

把每個(gè)block分為更小的虛擬邏輯塊（visual small sector），稱為虛擬扇區(qū)，扇區(qū)大小根據(jù)應(yīng)用而定。每個(gè)block前面的一固定單元用于記錄本block中扇區(qū)分配的使用情況（即扇區(qū)分配表），包括扇區(qū)屬性及扇區(qū)邏輯號(hào)。圖1為邏輯扇區(qū)劃分示意圖。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)和修改時(shí)，以虛擬扇區(qū)塊的大小為單位。要修改某一扇區(qū)的數(shù)據(jù)時(shí)，先讀出這個(gè)扇區(qū)的內(nèi)容，重新找一個(gè)未使用的扇區(qū)，把修改后的內(nèi)容寫(xiě)入這個(gè)新扇區(qū)。然后，修改原來(lái)扇區(qū)的屬性值為無(wú)效，修改這個(gè)新扇區(qū)的屬性為有效，拷貝VSS ID號(hào)到新扇區(qū)對(duì)應(yīng)的SAT單元中。

這樣，當(dāng)某一個(gè)block中的SAT屬性都標(biāo)為無(wú)效時(shí)，才對(duì)當(dāng)前block進(jìn)行擦寫(xiě)�？梢�(jiàn)，以虛擬扇區(qū)大小為單位的存儲(chǔ)管理，對(duì)Flash塊的擦寫(xiě)次數(shù)可大大減少，從而提高了系統(tǒng)性能。

3 VSS管理實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)

3.1 常數(shù)部分

#define BLOCKSIZE 128*1024 //可根據(jù)Flash型號(hào)修改

#define SECTORSIZE 512 //可根據(jù)Flash型號(hào)及應(yīng)用情況修改

#define MAX_BLOCK 8 //可擦除塊個(gè)數(shù)

#define MAX_SI_1B 255 //每個(gè)可擦除塊中有效SI個(gè)數(shù)

#define SATSIZE 510 //扇區(qū)分配表大小

#define VSS_MASK 0XC000 //VSS屬性屏蔽值

#define VSS_FREE 0XC000 //VSS為未使用的屬性值

#define VSS_VALID 0X4000 //VSS為有效的屬性值

#define VSS_INVALID 0X0000 //VSS為無(wú)效的屬性值

3.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)部分

unsigned char VSS_Table[MAX_BLOCK][MAX_SI_1B/8];用于記錄Flash中各個(gè)block的使用情況。數(shù)組中的某位為1，表示相應(yīng)sector為未使用；否則，為已經(jīng)寫(xiě)過(guò)，系統(tǒng)通過(guò)這個(gè)表可以跟蹤各個(gè)block的使用情況。

3.3 函數(shù)功能部分

1） Flash_Format()//擦除整塊Flash存儲(chǔ)介質(zhì)。

2） Flash_Init()//對(duì)VSS管理系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初始化，填充VSS_Table表，統(tǒng)計(jì)Flash的使用情況。在系統(tǒng)復(fù)位初始時(shí)調(diào)用。

3） Block_Erase(int blockID)//擦除塊號(hào)為block ID的塊。

4） Find_VSS(int vss)//查找VSS所在的block ID及

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