[发明专利]一种基于未知长度二分查找的闪存数据检索存储的方法

摘要

一种基于未知长度二分查找的闪存数据检索存储的方法，属于闪存存储技术领域。本发明结合未知长度二分查找、位图、负载因子、擦写距离等算法和思想，用未知长度二分查找代替全地址空间（扇区的全部地址）的二分查找，用位图代替实际删除，用负载因子和擦写距离代替全地址空间存储，本发明检索存储的方法提高了对闪存介质的查询、删除、擦写等基本操作的性能，同时，还具有可扩展性强、资源占用少等优点，易于在嵌入式系统或无操作系统的单片机中实现。

主权项

1.一种基于未知长度二分查找的闪存数据检索存储的方法，是利用单片机控制系统实现的，该系统包括单片机、闪存存储芯片、查询生成器、报警器、上位机，上位机通过RS-485连接单片机，单片机通过SPI连接闪存存储芯片，单片机通过SPI或RS-232连接查询生成器，单片机通过三极管放大器和继电器连接报警器；查询生成器用于向单片机输入待查询的数据，当待查询数据在闪存存储芯片中不存在时，报警器报警，上位机将变更的数据发送至单片机，单片机负责将数据变更反映到闪存存储芯片中；该方法分作6步，前3步提供设定及计算得到的基本参数，后3步分别进行不同的操作以实现3组不同的功能，该方法具体步骤如下：1)各扇区的容量为Capacity，负载因子为LoadFactor，扇区数量为SectorCount，扇区从0开始编号；2)向编号为i的已存储SizeStored(i)大小数据的扇区，存入长度为N的数据时，该扇区提供的剩余空间为也就是说，编号为i的扇区在已存储SizeStored(i)大小的数据后，仍有剩余空间继续存储大小为N的数据时，该扇区提供的剩余空间为扇区容量减去扇区中已存储的数据大小；其他情况下，该扇区提供的剩余空间为“负载因子限制下”的扇区容量即Capacity*LoadFactor减去扇区中已存储的数据大小；另外，允许R_cs(i,N)的结果为负，当R_cs(i,N)的结果为负时表示该扇区需要额外空间存储数据；3)擦写距离分为前向擦写距离DEW_p和后向擦写距离DEW_n两种，有效的擦写距离为非负整数，擦写距离的计算过程步骤如下：a.向i号扇区写入长度为N的数据时，前向擦写距离DEW_p的计算过程步骤如下：i.初始化DEW_p=0；前向擦写距离的初始值为0sectorNo=i；扇区编号R_sumps=R_cs(i,N)；编号小于和等于i的所有扇区的剩余空间之和；ii.如果sectorNo>=0并且R_sumps<N，转至步骤iii；否则转至步骤iv；iii.sectorNo=sectorNo-1DEWp=DEWp+1R_sumps=R_sumps+R_cs(sectorNo,N-R_sumps)转至步骤ii；iv.如果R_sumps<N，那么DEW_p=-1；b.向i号扇区写入长度为N的数据时，后向擦写距离DEW_n的计算过程步骤如下：i.初始化DEW_n=0；后向擦写距离的初始值为0sectorNo=i；扇区编号R_sumns=R_cs(i,N)；编号大于和等于i的所有扇区的剩余空间之和；ii.如果sectorNo<SectorCount并且R_sumns<N，转至步骤iii；否则转至步骤iv；iii.sectorNo=sectorNo+1DEWn=DEWn+1转至步骤ii；c.如果R_sumns<N，那么DEW_n=-1；4)查找操作该操作首先执行未知长度二分查找算法，然后结合位图Bitmap，判定该数据是否有效，查找操作步骤如下：a.未知长度二分查找，查找操作的执行过程主要分为以下两步：i.使用步长倍增的方式，即第1次查找时，步长为1，即2^(1-1)；第2次查找时，步长为2，即2^(2-1)；第3次查找时，步长为4，即2^(3-1)，以此类推，该方式快速确定一个不小于待查询数据的数据地址，并使next变量指向该地址，而将cur变量指向next前的最后一个小于待查询数据的数据地址，cur初始值为0，next初始值为1；ii.使用标准二分查找，在cur和next-1之间确定待查询数据是否存在；如果查找失败，则直接报错；否则，继续执行；b.查看被成功查找到的数据的下标I_query所对应的位图是否有效，即需要进一步验证数据的有效性；用以下方式定义下标i的位图查询函数：即位图的第(i/8)个字节的第(i%8)个Bit位为1时，该函数返回True，否则返回False；当该函数返回True时，表明该下标所对应的数据有效，否则返回False表明无效；5)删除操作设待删除的元素对应的下标为I_delete，将位图中第（I_delete/8）个字节的第（I_delete%8）个Bit位置0；6)擦写操作该操作首先决策擦写方向，再在决策方向上执行不同类型的擦写操作；a.擦写方向决策过程i.如果本扇区的剩余空间大于N，则将新数据直接写入本扇区；否则，分别计算(DEW_p,R_sumps)和(DEW_n,R_sumns)；其中(DEW_p,R_sumps)表示前向擦写距离(DEW_p)内，获得的全部扇区的总剩余空间为R_sumps，(DEW_n,R_sumns)表示后向擦写距离(DEW_n)内，获得的全部扇区的总剩余空间为R_sumns；ii.如果R_sumps和R_sumns均大于等于N，此时比较(DEW_p-1)和DEW_n的大小：若前者较小，则将新数据写入本扇区和“编号小于本扇区编号”的扇区；否则，将新数据写入本扇区和“编号大于本扇区编号”的扇区；iii.如果仅R_sumps大于等于N，则将新数据写入本扇区和“编号小于本扇区编号”的扇区；iv.如果仅R_sumns大于等于N，则将新数据写入本扇区和“编号大于本扇区编号”的扇区；v.如果R_sumps和R_sumns均小于N，则报错；b.不同类型的擦写操作i.非跨扇区擦写操作本扇区足以存储长度为N的数据时，仅对本扇区执行擦写操作；ii.前向跨1扇区写操作前向擦写距离(DEWp)等于1时，需要对本扇区执行擦写操作，对本扇区之前的1个扇区执行"追加写(Append)"操作，即将本扇区前部长度为N'=Capacity*(1-LoadFactor)的数据追加到本扇区之前的1个扇区的尾部；ⅲ.跨扇区擦写操作当前向擦写距离(DEW_p)大于1或后向擦写距离(DEW_n)大于0时，需要执行跨扇区擦写操作；在某扇区被写满之后，该扇区应只保留负载因子LoadFactor规定的百分比的数据，其他数据应转存至其他扇区，接收转存数据的扇区，不再重新计算擦写半径，即应按照原有方向继续转存数据，而不改变数据的转存方向；接收转存数据的扇区被写满之后，也应减少其扇区的数据至负载因子LoadFactor规定的百分比。