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基于虚拟扇区的Flash存储管理技术

摘要：首先，针对闪存Flash的存储编程特点，提出一种基于虚拟扇区的闪存管理技术，使系统对Flash的擦写次数大大降低，从而提高Flash的使用寿命和整个系统的性能。然后，通过嵌入式系统电子名片管理器，介绍这一技术的使用。随着闪存的广泛应用，对Flash的有效存储管理将有很大的实用意义和社会效益。

关键词：闪存Flash虚拟扇区VSS存储管理扇区分配表SAT

引言

随着嵌入式系统的迅速发展和广泛应用，大量需要一种能多次编程，容量大，读写、擦除快捷、方便、简单，外围器件少，价格低廉的非易挥发存储器件。闪存Flash存储介质就是在这种背景需求下应运而生的。它是一种基于半导体的存储器，具有系统掉电后仍可保留内部信息，及在线擦写等功能特点，是一种替代EEPROM存储介质的新型存储器。因为它的读写速度比EEPROM更快，在相同容量的情况下成本更低，因此闪存Flash将是嵌入式系统中的一个重要组成单元。

然而，由于Flash读写存储的编程特点，有必要对其进行存储过程管理，以使整个系统性能得以改善。

1闪存Flash的存储编程特点

Flash写：由1变为0，变为0后，不能通过写再变为1。

Flash擦除：由0变为1，不能只某位单元进行擦除。

Flash的擦除包括块擦除和芯片擦除。块擦除是把某一擦除块的内容都变为1，芯片擦除是把整个Flash的内容都变为1。通常一个Flash存储器芯片，分为若干个擦除block，在进行Flash存储时，以擦除block为单位。

当在一个block中进行存储时，一旦对某一block中的某一位写0，再要改变成1，则必须先对整个block进行擦除，然后才能修改。通常，对于容量小的block操作过程是：先把整个block读到RAM中，在RAM中修改其内容，再擦除整个block，最后写入修改后的内容。显然，这样频繁复杂的读-擦除-写操作，对于Flash的使用寿命以及系统性能是很不好的，而且系统也常常没有这么大的RAM空间资源。一种基于虚拟扇区的管理技术可以有效地控制Flash的擦写次数，提高Flash的使用寿命，从而提高系统性能。

2基本原理

概念

VSS，虚拟小扇区：以它为单位读写Flash内容。

VSSID，虚拟小扇区号：只通过虚拟扇区号进行存储，不用考虑它的真实物理地址。

SI，分割号：一个擦写逻辑块中物理扇区的顺序分割号。

BI,块号：Flash芯片中按擦除进行划分的块号。

SAT，扇区分配表：一个擦写逻辑块中的扇区分配表。一个SAT由许多SAT单元组成，一个SAT表对应一个Block，一个SAT单元对应一个VSS。

每个SAT单元最高两位为属性位，后面各位为VSSID号。如果一个SAT单元由16位组成，则VSSID最大可以达到16×1024；而如果SAT单元由8位组成，则VSSID最大可以达到64，具体约定由应用情况而定。

实现原理

把每个block分为更小的虚拟逻辑块，称为虚拟扇区，扇区大小根据应用而定。每个block前面的一固定单元用于记录本block中扇区分配的使用情况，包括扇区属性及扇区逻辑号。图1为逻辑扇区划分示意图。

在进行数据读写和修改时，以虚拟扇区块的大小为单位。要修改某一扇区的数据时，先读出这个扇区的内容，重新找一个未使用的扇区，把修改后的内容写入这个新扇区。然后，修改原来扇区的属性值为无效，修改这个新扇区的属性为有效，拷贝VSSID号到新扇区对应的SAT单元中。

这样，当某一个block中的SAT属性都标为无效时，才对当前block进行擦写。可见，以虚拟扇区大小为单位的存储管理，对Flash块的擦写次数可大大减少，从而提高了系统性能。

3VSS管理实现要点

常数部分

#defineBLOCKSIZE128*1024//可根据Flash型号修改

#defineSECTORSIZE512//可根据Flash型号及应用情况修改

#defineMAX_BLOCK8//可擦除块个数

#defineMAX_SI_1B255//每个可擦除块中有效SI个数

#defineSATSIZE510//扇区分配表大小

#defineVSS_MASK0XC000//VSS属性屏蔽值

#defineVSS_FREE0XC000//VSS为未使用的属性值

#defineVSS_VALID0X4000//VSS为有效的属性值

#defineVSS_INVALID0X0000//VSS为无效的属性值

数据结构部分

unsignedcharVSS_Table[MAX_BLOCK][MAX_SI_1B/8];用于记录Flash中各个block的使用情况。数组中的某位为1，表示相应sector