在Flash 的使用過程中， 必然存在著多次的數(shù)據(jù)更新， 當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)更新的一般做法是先將新數(shù)據(jù)寫入Flash， 然后將舊的數(shù)據(jù)置為無效狀態(tài)［ 6］ 。如果每次數(shù)據(jù)更新都馬上將原先數(shù)據(jù)擦除，則將造成Flash 的擦除次數(shù)急劇增加。隨著數(shù)據(jù)更新次數(shù)的增多， 也就導(dǎo)致Flash 存儲(chǔ)系統(tǒng)中的可用資源不斷減少， 因此在某個(gè)時(shí)刻就必須對(duì)系統(tǒng)中的垃圾資源進(jìn)行回收。通過巧妙設(shè)置Flash 分塊的狀態(tài)，并在資源回收過程中對(duì)源、目標(biāo)兩個(gè)分塊進(jìn)行適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)切換， 可以確保在資源回收過程中不會(huì)因掉電原因而產(chǎn)生數(shù)據(jù)的丟失。令回收源分塊為A， 新目標(biāo)分塊為B， 資源回收流程如圖2 所示。

圖2 資源回收流程圖

對(duì)于每次系統(tǒng)上電后， 應(yīng)用程序?qū)⒆x取每個(gè)Flash 數(shù)據(jù)分塊的頭部信息， 在內(nèi)存中建立相應(yīng)的分塊信息表， 同時(shí)根據(jù)頭部信息和空閑地址搜索算法去初始化每種數(shù)據(jù)類型的起始地址與空閑區(qū)域首地址， 同時(shí)必須對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)恢復(fù)。其中對(duì)每個(gè)分塊的初始化主要是根據(jù)分塊頭部的狀態(tài)信息進(jìn)行判斷， 檢測(cè)是否之前有掉電過， 然后做出相應(yīng)處理， 主要有以下幾種可能：

1） 狀態(tài)為BF _NOT _INIT， 則將其初始化為BF_FREE 狀態(tài)。

2） 狀態(tài)為BF_FREE 或BF_INUSE， 則在內(nèi)存中建立分塊信息， 無需其它操作。

3） 狀態(tài)為BF _ COPYIN G _ DAT A 或BF _ERASING， 則將其擦除后置為BF_FREE 狀態(tài)。

4） 分塊A 狀態(tài)為BF_SRC_DATA， 如果有另一個(gè)分塊B 為BF_COPY _FINISHED， 則根據(jù)流程圖繼續(xù)完成資源回收操作。如果有另一個(gè)分塊B 為BF_COPYING_DAT A， 則擦除B 后置為BF_FREE 狀態(tài)， 然后對(duì)A 重新進(jìn)行資源回收操作。

5） 狀態(tài)為BF_INVA LID， 則該塊為壞塊， 不在內(nèi)存中建立分塊信息。為了均衡每一個(gè)分塊的使用次數(shù)， 延長整塊Flash 的使用壽命， 在每次進(jìn)行分塊擦除之后， 必須先將之前記錄下來的Block_Erase_Counter 加1， 然后組成新的頭部信息重新寫回分塊頭部， 從而達(dá)到動(dòng)態(tài)記錄每個(gè)分塊擦除次數(shù)的功能。在進(jìn)行空閑分塊申請(qǐng)的時(shí)候， 必須遍歷所有狀態(tài)為BF_FREE 分塊， 選取Block_Erase_Counter 數(shù)值最小的作為新分塊分配， 從而使得每個(gè)分塊的使用次數(shù)趨于一致。

5 分塊管理在嵌入式軟件系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)

在嵌入式軟件的設(shè)計(jì)中， 良好的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)可以使得軟件具有更好的可靠性及可擴(kuò)展性。目前分層架構(gòu)是嵌入式軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最為流行的一種［ 7］ 。因此在軟件實(shí)現(xiàn)過程中， 采用了分層的軟件架構(gòu)將分塊管理軟件分為Flash 驅(qū)動(dòng)層、No rFlash 分塊管理層和數(shù)據(jù)類型管理層三層。具體的軟硬件分層示意圖如圖3 所示。

圖3 存儲(chǔ)模塊軟件構(gòu)架

軟件最底層為Flash 驅(qū)動(dòng)層， 考慮到NOR Flash存儲(chǔ)器的多樣性， 并且各種器件的底層驅(qū)動(dòng)可能不同， 因此Flash 驅(qū)動(dòng)層的建立可以向分塊管理層屏蔽具體的硬件信息。一般驅(qū)動(dòng)層的實(shí)現(xiàn)主要采用函數(shù)指針的方法進(jìn)行［ 8］ ， 初始化時(shí)通過讀取不同F(xiàn)lash 的ID 分別對(duì)read、write 和erase 等基本操作函數(shù)指針進(jìn)行賦值， 此后上層軟件在對(duì)Flash 進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)則通過函數(shù)指針進(jìn)行， 并不清楚具體的Flash 信息。在嵌入式系統(tǒng)中， 非易失性數(shù)據(jù)的種類有多種多樣， 因此分塊管理層本身并不涉及具體類型數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方法， 只是預(yù)留幾個(gè)字段用于記錄數(shù)據(jù)類型等信息［ 9］ 。這些字段用于數(shù)據(jù)類型管理程序初始化時(shí)使用。數(shù)據(jù)類型管理層的主要功能是管理NOR Flash存儲(chǔ)器中不同類型的數(shù)據(jù)， 向應(yīng)用程序提供基于數(shù)據(jù)類型的各種操作， 屏蔽掉具體的分塊管理信息。分塊管理層程序負(fù)責(zé)資源回收算法、開機(jī)Flash 異?；謴?fù)算法的實(shí)現(xiàn)， 同時(shí)向數(shù)據(jù)類型管理層提供各種類型數(shù)據(jù)的所在的分塊地址信息。通過這種構(gòu)架使得每一層的實(shí)現(xiàn)都易于采用面向?qū)ο蟮乃枷雽?shí)現(xiàn)， 其中從底層至上層的對(duì)象分別Flash、分塊、數(shù)據(jù)類型。

6 結(jié)語

通過采用分塊管理與狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方法， Flash的存儲(chǔ)性能有了較大的改善， 而且數(shù)據(jù)的可靠性也有很大提高， 特別適用于無文件系統(tǒng)嵌入式設(shè)備中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。同時(shí)通過合理的軟件構(gòu)架使得各個(gè)分層都易于采用面向?qū)ο蟮乃枷雽?shí)現(xiàn)， 這樣有利于軟件的擴(kuò)展與移植。目前這種方法已經(jīng)在數(shù)字電視機(jī)頂盒中采用， 實(shí)現(xiàn)效果甚好， 并且為上層軟件的設(shè)計(jì)帶來很大方便。