MAXQ環(huán)境下EEPROM的保護(hù)措施

包括eeprom、閃存和旋轉(zhuǎn)式存儲(chǔ)器在內(nèi)，所有類(lèi)型的非易失性存儲(chǔ)器都面臨一個(gè)共同的問(wèn)題：寫(xiě)周期被中斷時(shí)，數(shù)據(jù)會(huì)丟失。一旦在寫(xiě)周期執(zhí)行過(guò)程中掉電，那么即使再恢復(fù)電源，也很難修復(fù)損壞的數(shù)據(jù)。 本文提出了一種基于事務(wù)的提交-回退機(jī)制，用于保護(hù)一個(gè)外部串行eeprom存儲(chǔ)器件的內(nèi)容。這些措施同樣適用于大多數(shù)maxq微控制器的內(nèi)置eeprom?？梢韵螺d本應(yīng)用的代碼文件(zip，20.5kb)。

i2c eeprom的特點(diǎn)
串行存儲(chǔ)器件有多種接口，但最常用的接口是i2c接口。這種總線接口有很多優(yōu)點(diǎn)：高度標(biāo)準(zhǔn)化的接口；控制器和存儲(chǔ)器之間只需兩條線；而且具有靈活的時(shí)序要求，可以由軟件驅(qū)動(dòng)。一個(gè)i2c主機(jī)可以驅(qū)動(dòng)很多i2c從機(jī)，從而最大程度減少了主機(jī)的引腳數(shù)。
在所有eeprom器件中，寫(xiě)周期都要比讀周期長(zhǎng)的多。因?yàn)樵趯?xiě)周期過(guò)程中，電荷需要借助隧道效應(yīng)并通過(guò)絕緣層進(jìn)行轉(zhuǎn)移，而這個(gè)過(guò)程很費(fèi)時(shí)間。雖然增加電壓可以加快這個(gè)過(guò)程，但是過(guò)高的電壓會(huì)導(dǎo)致絕緣層的介質(zhì)擊穿，從而損壞器件。典型的eeprom器件寫(xiě)周期持續(xù)10毫秒左右；而讀周期通常需要幾百個(gè)納秒。

為了顯著縮短寫(xiě)周期的時(shí)間，許多i2c eeprom器件采用頁(yè)面模式。該模式允許將多個(gè)字節(jié)傳送到緩存中，然后將數(shù)據(jù)一次性寫(xiě)入存儲(chǔ)區(qū)。i2c存儲(chǔ)器件的典型頁(yè)面尺寸為32字節(jié)。因此，可以在一個(gè)寫(xiě)周期內(nèi)向eeprom填入32個(gè)字節(jié)。

這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)榇衑eprom器件都具有特定的耐久度：即每個(gè)頁(yè)面所能承受的寫(xiě)周期次數(shù)上限。典型的寫(xiě)周期次數(shù)從10,000到1,000,000次。然而，即使存儲(chǔ)器件能夠承受1百萬(wàn)次寫(xiě)周期，軟件也會(huì)很快將其損耗殆盡。軟件每秒僅執(zhí)行100次寫(xiě)周期，那么不到3個(gè)小時(shí)就會(huì)耗盡器件的寫(xiě)周期次數(shù)。

考慮到這些基本的eeprom特性，設(shè)計(jì)者為一個(gè)嵌入式處理器設(shè)計(jì)可靠的非易失存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)，需切記以下幾點(diǎn)：

不要在同一頁(yè)面上反復(fù)執(zhí)行寫(xiě)操作。尤其是不要將某個(gè)頁(yè)面設(shè)置成寫(xiě)入任何其它頁(yè)面時(shí)都要更新的“目錄”。
如果在寫(xiě)周期過(guò)程中電源被中斷，必須提供以下機(jī)制：(1) 檢測(cè)被中斷的寫(xiě)操作；(2) 完成被中斷的操作；(3) 或者將事件回退至寫(xiě)操作之前的狀態(tài)。
必須通過(guò)某些數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制(校驗(yàn)和、crc或消息摘要)來(lái)保證數(shù)據(jù)的完整性。

設(shè)計(jì)目標(biāo)
雖然上面提到的eeprom問(wèn)題可通過(guò)多種非易失文件系統(tǒng)加以解決，但這樣的文件機(jī)制對(duì)于小型嵌入式微控制器來(lái)說(shuō)負(fù)擔(dān)過(guò)重。很多文件系統(tǒng)需要更多的ram，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了小型微控制器所能提供的容量，而且對(duì)于多數(shù)應(yīng)用，也不需要一個(gè)完整的文件系統(tǒng)。
考慮到這一點(diǎn)，下面列出了eeprom數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制的設(shè)計(jì)目標(biāo)：

精簡(jiǎn)：保護(hù)機(jī)制用于存儲(chǔ)校驗(yàn)數(shù)據(jù)的空間不應(yīng)超過(guò)eeprom的10％，它應(yīng)該只需要少量的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)。
塊大?。罕槐Ｗo(hù)的塊大小，應(yīng)該和eeprom的寫(xiě)操作頁(yè)面大小一樣。由于eeprom器件的頁(yè)面大小通常是2的偶數(shù)次冪，因此與每個(gè)塊保留1或2個(gè)字節(jié)的做法相比，相同的尺寸大小更便于軟件編碼。
耐久性：每個(gè)保護(hù)周期不要對(duì)同一頁(yè)面進(jìn)行寫(xiě)操作。
可靠性：每次掉電情況下，數(shù)據(jù)都應(yīng)是可恢復(fù)的。
這里提到的保護(hù)機(jī)制有6個(gè)接口函數(shù)：讀、寫(xiě)、提交、回退、檢查和清理。

讀函數(shù)接收一個(gè)塊編號(hào)和一個(gè)指向32字節(jié)緩存的指針。如果緩存地址和塊編號(hào)處于有效范圍內(nèi)，程序就會(huì)將指定的塊數(shù)據(jù)讀入緩存，并校驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性。它會(huì)返回如下?tīng)顟B(tài)：有效讀(valid read)、無(wú)效讀(invalid read)、無(wú)效緩存地址(invalid buffer address)、無(wú)效頁(yè)面編號(hào)(invalid page number)或保護(hù)失敗(protection failure)。

寫(xiě)函數(shù)接收一個(gè)塊編號(hào)和一個(gè)指向填好數(shù)據(jù)的32字節(jié)緩存的指針。如果緩存地址和塊編號(hào)處于有效范圍內(nèi)，程序就會(huì)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入非易失性緩存，并標(biāo)記緩存狀態(tài)以準(zhǔn)備提交。

提交和回退函數(shù)，是可以在寫(xiě)操作之后執(zhí)行的互補(bǔ)型操作。提交函數(shù)將最近被寫(xiě)入的緩存數(shù)據(jù)復(fù)制到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)最終位置，并為下一個(gè)待寫(xiě)入的數(shù)據(jù)塊準(zhǔn)備好緩存結(jié)構(gòu)?；赝撕瘮?shù)實(shí)際上就是一個(gè)“取消”操作。它消除最近一次寫(xiě)操作產(chǎn)生的效果，并為下一個(gè)寫(xiě)操作準(zhǔn)備好緩存子系統(tǒng)。 檢查函數(shù)讀取存儲(chǔ)器件的每個(gè)數(shù)據(jù)塊，并檢查存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的有效性。該函數(shù)還檢查緩存子系統(tǒng)，以確保沒(méi)有未執(zhí)行的寫(xiě)操作。任何無(wú)效塊或未執(zhí)行的寫(xiě)操作都會(huì)使檢查函數(shù)返回一個(gè)錯(cuò)誤狀態(tài)。

清理函數(shù)修復(fù)一個(gè)數(shù)據(jù)損壞的eeprom。實(shí)際上，它將試圖找出發(fā)生的錯(cuò)誤，并采取相應(yīng)的解決措施。

關(guān)于這些函數(shù)的更多細(xì)節(jié)，參見(jiàn)下面的操作詳解。

操作詳解

對(duì)于一個(gè)不帶保護(hù)功能的eeprom，具體操作非常簡(jiǎn)單。一個(gè)讀周期簡(jiǎn)單地將字節(jié)從所選擇的地址傳送給主機(jī)；一個(gè)寫(xiě)周期將字節(jié)從主機(jī)寫(xiě)入eeprom，并等待操作完成(大多數(shù)器件需要幾個(gè)毫秒的時(shí)間)。然而，在一個(gè)提供保護(hù)的eeprom環(huán)境下，讀和寫(xiě)操作就比較復(fù)雜了。在以下各節(jié)中，對(duì)每個(gè)操作進(jìn)行了分解，以便了解函數(shù)被調(diào)用時(shí)到底是如何操作的。
讀操作

檢查頁(yè)面地址和緩存地址，以檢驗(yàn)它們的有效性。如果地址無(wú)效，則就此結(jié)束操作，函數(shù)返回一個(gè)無(wú)效緩存地址或無(wú)效頁(yè)面編號(hào)錯(cuò)誤代碼。
將所選頁(yè)面讀入緩存。

計(jì)算校驗(yàn)頁(yè)面的地址，并將相應(yīng)的校驗(yàn)頁(yè)面讀入暫存區(qū)。

計(jì)算校驗(yàn)頁(yè)面的crc。如果校驗(yàn)頁(yè)面的數(shù)據(jù)無(wú)效，則返回一個(gè)保護(hù)失敗錯(cuò)誤代碼。

計(jì)算數(shù)據(jù)緩存的crc，并將其與暫存區(qū)中對(duì)應(yīng)讀取頁(yè)面的crc進(jìn)行比較。如果crc匹配，則程序返回有效讀代碼；如果crc不匹配，則程序返回?zé)o效讀代碼。無(wú)論結(jié)果怎樣，實(shí)際讀取的數(shù)據(jù)都保存在返回緩存中，以供調(diào)用讀操作的程序使用。
寫(xiě)操作

檢查頁(yè)面地址和緩存地址，以檢驗(yàn)其有效性。如果地址無(wú)效，操作在這里結(jié)束，函數(shù)返回一個(gè)無(wú)效緩存地址或無(wú)效頁(yè)面編號(hào)錯(cuò)誤代碼。
讀取每個(gè)寫(xiě)緩存的狀態(tài)域。如果任何緩存處于占用狀態(tài)，則操作失敗并返回寫(xiě)過(guò)程(write sequence)錯(cuò)誤代碼。

4個(gè)寫(xiě)緩存之一應(yīng)處于終止?fàn)顟B(tài)。如果是這樣，激活下一個(gè)緩存。
數(shù)據(jù)被復(fù)制到寫(xiě)緩存的數(shù)據(jù)域。

頁(yè)面地址被寫(xiě)入地址域。計(jì)算crc校驗(yàn)結(jié)果并將其寫(xiě)入crc域。將狀態(tài)改為占用。將前一個(gè)緩存置為可用狀態(tài)(即更新原來(lái)的終止?fàn)顟B(tài))。

需要注意，此時(shí)對(duì)新寫(xiě)的頁(yè)面進(jìn)行讀操作，將返回頁(yè)面原來(lái)的數(shù)值。只有等提交操作完成后，才會(huì)返回新值。

提交操作

讀取每個(gè)寫(xiě)緩存的狀態(tài)域。應(yīng)該只有1個(gè)緩存標(biāo)記為占用狀態(tài)。否則，函數(shù)在此結(jié)束，并返回一個(gè)寫(xiě)過(guò)程錯(cuò)誤代碼。

對(duì)被占用的緩存進(jìn)行crc校驗(yàn)。如果不匹配，則返回一個(gè)數(shù)據(jù)損壞錯(cuò)誤代碼。
提取頁(yè)面地址，并將數(shù)據(jù)寫(xiě)入主存儲(chǔ)區(qū)的指定頁(yè)面。

計(jì)算緩存的數(shù)據(jù)部分的crc。該值被保存在一個(gè)臨時(shí)寄存器中。

找到對(duì)應(yīng)所選主存儲(chǔ)區(qū)頁(yè)面的校驗(yàn)頁(yè)面，并讀取該校驗(yàn)頁(yè)面的內(nèi)容。

用前面計(jì)算的crc更新校驗(yàn)頁(yè)面，為校驗(yàn)頁(yè)面計(jì)算新的crc。

將校驗(yàn)頁(yè)面數(shù)據(jù)重新寫(xiě)回校驗(yàn)存儲(chǔ)區(qū)。

將寫(xiě)緩存更新為終止?fàn)顟B(tài)。

回退操作

讀取每個(gè)寫(xiě)緩存的狀態(tài)域。應(yīng)該只有一個(gè)緩存被標(biāo)記為占用。否則，函數(shù)在此結(jié)束，并返回一個(gè)寫(xiě)過(guò)程錯(cuò)誤代碼。
將所選的寫(xiě)緩存狀態(tài)域置為終止。
檢查操作

讀取每個(gè)寫(xiě)緩存。確認(rèn)只有一個(gè)緩存不是可用狀態(tài)。如果只有一個(gè)緩存含有未定義的狀態(tài)代碼，則返回一個(gè)寫(xiě)操作中斷(interrupted write)錯(cuò)誤代碼。如果所有緩存均包含未定義的狀態(tài)代碼，則返回eeprom未初始化(uninitialized eeprom)錯(cuò)誤代碼。

如果僅有一個(gè)緩存包含占用狀態(tài)代碼，計(jì)算此緩存的crc。如果crc不匹配，則返回一個(gè)寫(xiě)操作中斷錯(cuò)誤代碼。

檢查校驗(yàn)存儲(chǔ)區(qū)的每一個(gè)頁(yè)面。如果任何頁(yè)面沒(méi)有通過(guò)crc校驗(yàn)，則返回保護(hù)失敗錯(cuò)誤代碼。

最后，檢查主存儲(chǔ)區(qū)的每一頁(yè)，并與存儲(chǔ)的各頁(yè)crc進(jìn)行對(duì)比。如果有1頁(yè)未通過(guò)crc校驗(yàn)，則返回一個(gè)提交中斷(interrupted commit)錯(cuò)誤代碼。
清理操作

圖7演示了清理操作是如何工作的：

如果檢查操作返回一個(gè)eeprom未初始化的錯(cuò)誤代碼，則初始化eeprom。清除所有數(shù)據(jù)頁(yè)面，并且初始化所有校驗(yàn)頁(yè)面。除最后一個(gè)寫(xiě)緩存被初始化為終止?fàn)顟B(tài)外，清除其它所有寫(xiě)緩存并置為可用狀態(tài)。

如果檢查操作返回一個(gè)寫(xiě)操作中斷錯(cuò)誤代碼，則找到那個(gè)不是可用狀態(tài)的寫(xiě)緩存。將它的狀態(tài)改為終止?fàn)顟B(tài)。

如果檢查操作返回一個(gè)提交中斷錯(cuò)誤代碼，則找到crc不匹配的主頁(yè)面。計(jì)算出它的crc并更新相關(guān)校驗(yàn)頁(yè)面。

如果檢查操作返回保護(hù)失敗錯(cuò)誤代碼，則表示緊隨提交操作的更新校驗(yàn)頁(yè)面操作被中斷。讀出所有與錯(cuò)誤校驗(yàn)頁(yè)面相關(guān)的主存儲(chǔ)區(qū)頁(yè)面，并刷新校驗(yàn)頁(yè)面。

安全性證明

要證明系統(tǒng)的安全性，需要確定寫(xiě)操作過(guò)程中數(shù)據(jù)容易損壞的時(shí)刻。(讀操作從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是安全的。讀操作期間不會(huì)對(duì)eeprom頁(yè)面進(jìn)行寫(xiě)操作，因此數(shù)據(jù)不會(huì)被損壞。) 確定了這些易損時(shí)刻后，只需要再確定一個(gè)恢復(fù)過(guò)程。如果恢復(fù)機(jī)制涵蓋了所有可能的數(shù)據(jù)損失情況，而且如果我們假定在任何一個(gè)可能破壞eeprom寫(xiě)周期的事件之后，都將首先執(zhí)行校驗(yàn)/清理周期(例如上電)，那么系統(tǒng)就是安全的。

在大多數(shù)串行eeprom器件中，一個(gè)寫(xiě)操作首先將頁(yè)面的每位數(shù)據(jù)都置為已知值，然后將所有需要改變的位設(shè)置為需要的值。因此在掉電時(shí)，中斷的寫(xiě)操作極有可能破壞該頁(yè)的所有字節(jié)。通常可以通過(guò)向損壞頁(yè)面寫(xiě)入新數(shù)據(jù)，進(jìn)而從這一失效事件中恢復(fù)出來(lái)。但這會(huì)失去原來(lái)的數(shù)據(jù)。

寫(xiě)操作過(guò)程中數(shù)據(jù)容易損壞的時(shí)刻如下所述(按發(fā)生的時(shí)間順序排列)：

對(duì)數(shù)據(jù)域進(jìn)行寫(xiě)操作：如果此時(shí)發(fā)生電源失效事件，檢查操作不會(huì)檢測(cè)到錯(cuò)誤。正在被寫(xiě)入的寫(xiě)緩存仍顯示可用狀態(tài)，但可用的緩存不包含有效的crc值。
向當(dāng)前寫(xiě)緩存寫(xiě)入狀態(tài)信息：這個(gè)操作將狀態(tài)域改為占用狀態(tài)，設(shè)定crc并為寫(xiě)操作填入頁(yè)面地址。如果這個(gè)過(guò)程被中斷，可能發(fā)生如下情況：(1) 狀態(tài)無(wú)效，從而導(dǎo)致一個(gè)寫(xiě)操作中斷錯(cuò)誤；(2) 狀態(tài)有效，但crc錯(cuò)誤，仍會(huì)導(dǎo)致一個(gè)寫(xiě)操作中斷錯(cuò)誤；(3) 狀態(tài)和crc域有效。在最后這種情形下，系統(tǒng)有未提交處理的寫(xiě)操作?？梢詸z測(cè)到這一狀態(tài)，因?yàn)榇藭r(shí)一個(gè)緩存將處于占用狀態(tài)而另一個(gè)緩存為終止?fàn)顟B(tài)。如果子系統(tǒng)的其它部分檢查通過(guò)，則用戶(hù)代碼可通過(guò)發(fā)出提交或回退操作繼續(xù)執(zhí)行。無(wú)論發(fā)生何種情況，主存儲(chǔ)區(qū)和校驗(yàn)存儲(chǔ)區(qū)都是安全的。

前一個(gè)緩存狀態(tài)清除為可用狀態(tài)：緩存可能有損壞的狀態(tài)或crc，而下一個(gè)緩存為占用狀態(tài)。這意味著清除該緩存的狀態(tài)時(shí)操作被中斷，這種情況下可以執(zhí)行提交或回退操作。

在寫(xiě)操作和提交操作之間：只有一個(gè)寫(xiě)緩存將處于占用狀態(tài)，并且通過(guò)了crc校驗(yàn)。用戶(hù)代碼可以請(qǐng)求提交或回退操作。寫(xiě)緩存、校驗(yàn)存儲(chǔ)區(qū)和主存儲(chǔ)區(qū)都是安全的。

提交操作過(guò)程中數(shù)據(jù)容易損壞的時(shí)刻如下所述：

將數(shù)據(jù)域復(fù)制到主存儲(chǔ)區(qū)：如果寫(xiě)操作被中斷，主存儲(chǔ)區(qū)的1個(gè)頁(yè)面數(shù)據(jù)可能被破壞。檢查函數(shù)會(huì)檢測(cè)到兩種狀態(tài)：(1) 一個(gè)有效的占用寫(xiě)緩存；(2) 中斷的提交操作導(dǎo)致主存儲(chǔ)區(qū)頁(yè)面數(shù)據(jù)損壞。寫(xiě)緩存和校驗(yàn)存儲(chǔ)區(qū)是安全的。在這種情況下，清理操作會(huì)完成提交操作并返回一個(gè)干凈的系統(tǒng)。注意：即使寫(xiě)操作已經(jīng)完成，檢查操作仍會(huì)因?yàn)樾ｒ?yàn)存儲(chǔ)區(qū)的crc與計(jì)算出的crc不匹配而報(bào)錯(cuò)。

更新校驗(yàn)存儲(chǔ)區(qū)的crc：如果對(duì)校驗(yàn)頁(yè)面的寫(xiě)操作被中斷，則整個(gè)頁(yè)面的數(shù)據(jù)都可能被破壞。這意味著主存儲(chǔ)區(qū)的15個(gè)頁(yè)面都對(duì)應(yīng)著無(wú)效的crc。但是由于校驗(yàn)存儲(chǔ)區(qū)的每一頁(yè)都有自己的校驗(yàn)和，而且在寫(xiě)操作中斷后會(huì)產(chǎn)生校驗(yàn)和錯(cuò)誤，因此檢查程序會(huì)發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)。在這種情況下，檢查程序會(huì)返回保護(hù)失敗。修復(fù)方法如下：首先重新計(jì)算所有受影響的15個(gè)頁(yè)面的crc值。然后將這些值和該頁(yè)自身的有效crc值一起寫(xiě)入校驗(yàn)頁(yè)面。

更新寫(xiě)緩存的狀態(tài)信息：如果當(dāng)狀態(tài)變量從占用狀態(tài)變?yōu)榻K止?fàn)顟B(tài)時(shí)，寫(xiě)周期被中斷，那么整個(gè)寫(xiě)緩存頁(yè)面的數(shù)據(jù)都可能被損壞。但是，校驗(yàn)存儲(chǔ)區(qū)和主存儲(chǔ)區(qū)都是安全的。檢查操作會(huì)找到數(shù)據(jù)損壞的頁(yè)面，并返回寫(xiě)操作中斷錯(cuò)誤代碼。當(dāng)運(yùn)行清理程序時(shí)，它將復(fù)位寫(xiě)緩存子系統(tǒng)，并完成提交操作。
最后，在回退操作中數(shù)據(jù)容易損壞的時(shí)刻為：

更新寫(xiě)緩存的狀態(tài)：與提交周期的最終狀態(tài)類(lèi)似，該操作只是簡(jiǎn)單地將寫(xiě)緩存的占用狀態(tài)復(fù)位至終止?fàn)顟B(tài)。如果它被中斷，則檢查程序會(huì)返回寫(xiě)操作中斷，并且清理程序會(huì)重新初始化所有的寫(xiě)緩存區(qū)域。校驗(yàn)存儲(chǔ)區(qū)和主存儲(chǔ)區(qū)仍是安全的。

可以看出，無(wú)論電源何時(shí)掉電或處理器何時(shí)被復(fù)位，存儲(chǔ)子系統(tǒng)都可保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性。發(fā)生電源失效事件后，存儲(chǔ)子系統(tǒng)會(huì)返回到可進(jìn)行讀或?qū)懙臓顟B(tài)。如果一個(gè)提交操作被中斷，子系統(tǒng)會(huì)返回到可執(zhí)行提交或回退操作的狀態(tài)。

設(shè)計(jì)起步

maxq微控制器的eeprom存儲(chǔ)系統(tǒng)功能完備。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可以根據(jù)需要來(lái)增強(qiáng)該系統(tǒng)的功能。但需要注意以下幾點(diǎn)：

c封裝程序：在多數(shù)c語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)中，與匯編語(yǔ)言子程序雙向傳送數(shù)據(jù)時(shí)都有一套標(biāo)準(zhǔn)的方法。例如在iar開(kāi)發(fā)環(huán)境下，參數(shù)在低編號(hào)的累加器中傳入和傳出。由于參數(shù)已經(jīng)傳入a[0]和a[1]，為這些程序建立一個(gè)c封裝器，就像寫(xiě)函數(shù)原型一樣容易。在其它c(diǎn)環(huán)境下，參數(shù)傳遞是通過(guò)數(shù)據(jù)棧進(jìn)行的，需要一個(gè)簡(jiǎn)單的封裝子程序。

并發(fā)處理：首先要保證寫(xiě)周期的完整性，并且提供一套能夠保證完整性的機(jī)制，對(duì)于整個(gè)平臺(tái)的成敗至關(guān)重要。但很多應(yīng)用都需要這樣一種機(jī)制，即可以讓一系列寫(xiě)周期排隊(duì)并一次執(zhí)行完畢，從而保證全都執(zhí)行或全都不執(zhí)行。但本文討論的機(jī)制不能工作在這種方式下。如果一個(gè)系統(tǒng)存有跨越多個(gè)頁(yè)面的信息記錄，則可以中斷一個(gè)寫(xiě)操作，這使得恢復(fù)之后的記錄涵蓋了包含部分新數(shù)據(jù)的頁(yè)面和包含部分舊數(shù)據(jù)的頁(yè)面。有一種方法可避免該問(wèn)題，即在執(zhí)行提交操作之前允許多重寫(xiě)操作。這種方法并不像聽(tīng)上去那么簡(jiǎn)單，因?yàn)橐粋€(gè)部分提交的事務(wù)，可能同時(shí)包括新紀(jì)錄片斷、舊記錄片斷和損壞的頁(yè)面。

平均讀寫(xiě)機(jī)制：平均讀寫(xiě)作為閃存文件系統(tǒng)的一個(gè)特點(diǎn)，是指虛擬化頁(yè)面地址，使得被頻繁寫(xiě)入的頁(yè)面會(huì)出現(xiàn)在存儲(chǔ)器的任何物理位置。但是很難找到實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最佳方法。這是因?yàn)?，最直接的解決方法(活動(dòng)存儲(chǔ)塊的目錄處于固定的位置，并且每次寫(xiě)操作后都要對(duì)它進(jìn)行更新)會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)目錄的頁(yè)面迅速損耗。所以，就像處理數(shù)據(jù)頁(yè)面那樣，還必須虛擬化和離散化目錄本身。
其它頁(yè)面尺寸：這里給出的系統(tǒng)假定采用一個(gè)16kb、每頁(yè)32字節(jié)的存儲(chǔ)器件。如果所選擇的器件具有更大的頁(yè)面尺寸(64字節(jié)或128字節(jié))，這些函數(shù)仍可工作，只是會(huì)伴隨一些額外的寫(xiě)入損耗。(更新128字節(jié)頁(yè)面中的32字節(jié)區(qū)段時(shí)，會(huì)對(duì)整個(gè)128字節(jié)頁(yè)面執(zhí)行寫(xiě)操作)。但這些函數(shù)無(wú)法對(duì)具有更小頁(yè)面尺寸的器件進(jìn)行操作?？梢詷?gòu)建一個(gè)能夠在線確定eeprom器件特性的系統(tǒng)，并可根據(jù)實(shí)際特性配置系統(tǒng)的參數(shù)。

增強(qiáng)的安全性：本系統(tǒng)對(duì)以下類(lèi)型的錯(cuò)誤提供保護(hù)：由于電源失效或不可預(yù)期的系統(tǒng)復(fù)位而造成的eeprom操作中斷。但eeprom器件偶爾也會(huì)因?yàn)槠渌虺鲥e(cuò)。例如，由于電路噪聲或致電離輻射導(dǎo)致的軟件錯(cuò)誤?；蛘哂捎谝粋€(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)單元損耗而導(dǎo)致硬件錯(cuò)誤。

一種解決方法是計(jì)算并維護(hù)校正子(syndrome)，而不是采用簡(jiǎn)單的crc校驗(yàn)字。校正子和校驗(yàn)字類(lèi)似，但是包含了足夠的信息以修復(fù)簡(jiǎn)單的位錯(cuò)誤。最簡(jiǎn)單的校正子系統(tǒng)可以用log2n + 1個(gè)校驗(yàn)位來(lái)檢驗(yàn)n個(gè)數(shù)據(jù)位。因此，對(duì)于一個(gè)32字節(jié)(256位)的頁(yè)面來(lái)說(shuō)，一個(gè)僅包含9位的校正子就可以修正任何1位錯(cuò)誤。對(duì)數(shù)據(jù)完整性的要求更加嚴(yán)格時(shí)，可以采用更加復(fù)雜的系統(tǒng)來(lái)解決類(lèi)似問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

外部串行eeprom為微控制器環(huán)境下存儲(chǔ)非易失數(shù)據(jù)提供了一種可靠的方法。利用本文提到的技術(shù)，即使面臨寫(xiě)操作中斷的情況，串行eeprom依然能夠可靠地工作。在任何對(duì)數(shù)據(jù)完整性要求較高的應(yīng)用中，設(shè)計(jì)者都可以考慮這些技術(shù)。