技术领域
[0001] 本
发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种
微控制器数据存储管理的方法。
背景技术
[0002] 随着现在智能化控制与
物联网的普及，微控制器应用的场景越来越广泛。对于带
操作系统的微控制器，一般都有完善的数据存储管理机制，应用开发人员可以快速根据现有的
数据库接口函数实现数据的存储和提取。但对于无操作系统或简易操作系统的微控制器而言，如果需要对一定量的数据进行存储管理和快速检索，仍存在一定弊端。
[0003] 首先，微控制器系统内部存储空间是比较有限的，所以如果要对数据掉电存储，一般需外扩
存储器。外扩掉电保持存储器因受系统经济性的要求，一般存储容量不大，因此对于数据存储格式要求也就比较高，需尽量减少不必要的数据存储管理信息。现有不带操作系统的
软件，一般对于数据文件的存储采用链表或顺序存储管理方法。即在存储空间空闲区顺序写入新的数据，然后通过关键字检索，查找对应信息所在的存储区的地址，再按照该地址从存储区取出需要的信息内容。这样的数据存储管理机制，存在浪费存储空间、MCU资源浪费、效率低和频繁擦写存储器等弊端。同时，该数据存储管理机制，与存储器和数据包格式紧密关联，不能作为独立模
块，可移植性差。
[0004] 因此，为了提高数据存储的效率，以及简化数据存储的开发工作，需要一种通用数据存储管理模块来满足无操作系统微控制器的数据存储。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题，在于提供一种微控制器数据存储管理的方法，通过存储管理区与存储数据区进行分区存储，改进存储信息数据结构，改进数据存储操作，达到无操作系统的数据存储的优化。
[0006] 本发明的问题是这样实现的：
[0007] 一种微控制器数据存储管理的方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤1、将存储器的存储区进行分区，分为存储管理区和存储数据区；
[0009] 所述存储管理区存储的内容包括数据存储记录总数、所有数据的记录信息和最后一条数据的结束记录信息，每条数据的记录信息包括数据键值和对应的数据起始地址值，最后一条数据的结束记录信息包括最后标志键值和最后一条数据的结束地址值；存储数据区内存储的内容包括对应的数据；
[0010] 步骤2、在数据运行时，创建一个数据存储管理列表，将存储管理区存储的内容导出，存入到数据存储管理列表中，再将待存储的数据对应写入存储数据区；
[0011] 步骤3、在对存储数据区内的数据进行添加时，查询数据存储管理列表的最后标志键值，获取到最后一条数据的结束地址值，根据最后一条数据的结束地址值获取存储数据区中最后一条数据的结束地址，将新增数据存入该最后一条数据的结束地址后，将原来的最后一条数据结束记录信息
修改为新增数据的记录信息，并在存储管理区的结尾添加一条该新增数据的结束地址记录信息，同时，数据存储记录总数相应累加；
[0012] 步骤4、在对存储数据区内的数据进行删除时，在数据存储管理列表中查找与待删除数据相匹配的键值，并将键值标记为已删除；找到该键值对应的数据起始地址值和下一个键值对应的数据起始地址值，再根据两数据起始地址值获取待删除数据在存储数据区的数据起始地址和数据结束地址，将待删除数据从存储数据区删除；
[0013] 步骤5、在对存储数据区内的数据进行修改时，在数据存储管理列表中查找与待修改数据相匹配的键值，并将键值标记为已删除，按照步骤4的过程将待修改数据进行删除；然后按步骤3的过程将修改信息作为新增项进行添加；
[0014] 步骤6、在对存储数据区内的数据进行读取时，在数据存储管理列表中查找与待读取数据相匹配的键值，在存储数据区内找到该键值对应的数据起始地址值和下一个键值对应的数据起始地址值，再根据两数据起始地址值获取待读取数据在存储数据区的数据起始地址和数据结束地址，将待读取数据从存储数据区读出；
[0015] 步骤7、在存储区内对已删除的数据进行整合；
[0016] 步骤8、将数据存储管理列表更新到存储管理区，并更新存储数据区的数据内容；
[0017] 步骤3、步骤4、步骤5及步骤6没有先后顺序。
[0018] 进一步地，所述步骤7具体包括：
[0019] 步骤71、查找数据存储管理列表中第一个标记为已删除的键值对应的数据起始地址值；查找下一个未标记为已删除的键值对应的数据起始地址值，根据未标记为已删除的键值对应的数据起始地址值计算出存储数据区内对应的数据起始地址所在的页，将该页上的数据全部读取出来，将存储数据区中未标记为已删除的键值对应的数据起始地址的有效存储数据移到标记为已删除的键值对应的数据起始地址处，记录此时数据的结束地址，并将其键值标记为已删除；
[0020] 步骤72、循环执行步骤71，直到整合完该页内所有数据，然后将数据写入到该页中；
[0021] 步骤73、依次循环读取存储管理区的下一页所有数据，循环执行步骤71和步骤72，完成整个存储数据区的数据整合；
[0022] 步骤74、将存储管理区中标记为已删除的键值进行删除，并调整未标记为已删除的键值的相应
位置；
[0023] 步骤75、存储管理区的数据存储记录总数根据标记为已删除的键值个数进行相应删减。
[0024] 进一步地，所述步骤2具体为：
[0025] 在数据运行时，根据存储管理区和存储数据区的格式和大小创建一个数据存储管理列表，将存储管理区存储的内容导出，存储管理区中的数据的记录信息是按照数据键值和数据起始地址值的方式进行记录，根据数据起始地址值和对应键值的数据内容长度，计算出下一个数据起始地址值，依次写入到数据存储管理列表中，然后根据数据键值和数据起始地址值，将实际需要存储的数据写入到存储数据区对应位置，最后将数据存储管理列表的内容存入到存储管理区。
[0026] 本发明的优点在于：本发明是运用在无操作系统的微控制处理器设备中，将存储区分为存储管理区(即分区1)和存储数据区(即分区2)，通过分区隔离管理的方式，对分区1中的信息进行分析处理后，以实现对分区2数据读取、存储、检索和删除等操作，通过模块化存储器数据管理方法，能够提高代码的可利用率，并且便于移植，简化开发流程。通过这种存储器管理方法，相比带操作系统的一些存储器管理模块，占用的存储资源更少，CPU处理更简化，更适用了微控制器存储数据管理。同时，在数据存储管理中对数据删除与修改的特殊处理机制，可以在保证数据存储的安全稳定的同时减少了对存储器芯片的擦写操作，不仅延长存储芯片的使用寿命，同时减少了读写存储芯片时间，提高了程序的运行效率。
附图说明
[0027] 下面参照附图结合
实施例对本发明作进一步的说明。
[0028] 图1为本发明中存储器的分区图。
[0029] 图2为本发明中存储器具体分区的新建图。
[0030] 图3为本发明中存储器新增记录操作的分区1的结构图。
[0031] 图4为本发明的存储器删除记录操作的分区1的结构图。
[0032] 图5为本发明的存储器修改记录操作的分区1的结构图。
[0033] 图6为本发明的存储器整合后的分区1的结构图。
具体实施方式
[0034] 为使得本发明更明显易懂，现以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0035] 本发明主要将存储空间分为存储管理区(即分区1)和存储数据区(即分区2)，通过分区隔离管理的方式，对分区1中的信息进行分析处理后，以实现对分区2数据读取、存储、检索和删除等操作。
[0036] 本发明的一种微控制器数据存储管理的方法，包括如下步骤：
[0037] 步骤1、将存储器的存储区进行分区，分为存储管理区和存储数据区；
[0038] 所述存储管理区存储的内容包括数据存储记录总数、所有数据的记录信息和最后一条数据的结束记录信息，每条数据的记录信息包括数据键值和对应的数据起始地址值，最后一条数据的结束记录信息包括最后标志键值和最后一条数据的结束地址值；存储数据区内存储的内容包括对应的数据；
[0039] 步骤2、在数据运行时，创建一个数据存储管理列表，将存储管理区存储的内容导出，存入到数据存储管理列表中，再将待存储的数据对应写入存储数据区；具体为：
[0040] 在数据运行时，根据存储管理区和存储数据区的格式和大小创建一个数据存储管理列表，将存储管理区存储的内容导出，存储管理区中的数据的记录信息是按照数据键值和数据起始地址值的方式进行记录，根据数据起始地址值和对应键值的数据内容长度，计算出下一个数据起始地址值，依次写入到数据存储管理列表中，然后根据数据键值和数据起始地址值，将实际需要存储的数据写入到存储数据区对应位置，最后将数据存储管理列表的内容存入到存储管理区；
[0041] 步骤3、在对存储数据区内的数据进行添加时，查询数据存储管理列表的最后标志键值，获取到最后一条数据的结束地址值，根据最后一条数据的结束地址值获取存储数据区中最后一条数据的结束地址，将新增数据存入该最后一条数据的结束地址后，将原来的最后一条数据结束记录信息修改为新增数据的记录信息，并在存储管理区的结尾添加一条该新增数据的结束地址记录信息，同时，数据存储记录总数相应累加；
[0042] 步骤4、在对存储数据区内的数据进行删除时，在数据存储管理列表中查找与待删除数据相匹配的键值，并将键值标记为已删除；找到该键值对应的数据起始地址值和下一个键值对应的数据起始地址值，再根据两数据起始地址值获取待删除数据在存储数据区的数据起始地址和数据结束地址，将待删除数据从存储数据区删除；
[0043] 步骤5、在对存储数据区内的数据进行修改时，在数据存储管理列表中查找与待修改数据相匹配的键值，并将键值标记为已删除，按照步骤4的过程将待修改数据进行删除；然后按步骤3的过程将修改信息作为新增项进行添加；
[0044] 步骤6、在对存储数据区内的数据进行读取时，在数据存储管理列表中查找与待读取数据相匹配的键值，在存储数据区内找到该键值对应的数据起始地址值和下一个键值对应的数据起始地址值，再根据两数据起始地址值获取待读取数据在存储数据区的数据起始地址和数据结束地址，将待读取数据从存储数据区读出；
[0045] 步骤7、在存储区内对已删除的数据进行整合；
[0046] 具体包括：
[0047] 步骤71、查找数据存储管理列表中第一个标记为已删除的键值对应的数据起始地址值；查找下一个未标记为已删除的键值对应的数据起始地址值，根据未标记为已删除的键值对应的数据起始地址值计算出存储数据区内对应的数据起始地址所在的页，将该页上的数据全部读取出来，将存储数据区中未标记为已删除的键值对应的数据起始地址的有效存储数据移到标记为已删除的键值对应的数据起始地址处，记录此时数据的结束地址，并将其键值标记为已删除；
[0048] 步骤72、循环执行步骤71，直到整合完该页内所有数据，然后将数据写入到该页中；
[0049] 步骤73、依次循环读取存储管理区的下一页所有数据，循环执行步骤71和步骤72，完成整个存储数据区的数据整合；
[0050] 步骤74、将存储管理区中标记为已删除的键值进行删除，并调整未标记为已删除的键值的相应位置；
[0051] 步骤75、存储管理区的数据存储记录总数根据标记为已删除的键值个数进行相应删减；
[0052] 步骤8、将数据存储管理列表更新到存储管理区，并更新存储数据区的数据内容；
[0053] 步骤3、步骤4、步骤5及步骤6没有先后顺序。
[0054] 该数据存储管理内容包括三个部分：
[0055] 1、存储器分区配置管理；
[0056] 2、数据存储管理主控模块(微控制器MCU)；
[0057] 3、存储数据添加、删除、修改与读取。
[0058] 通过以上存储器管理思路分析，现就对一个微控制器MCU的相关配置参数以及
传感器记录信息做存储管理举例说明，具体实现过程如下：
[0059] 1、存储器分区配置管理：
[0060] 存储器分区如图1，现就对一个存储容量有16Mbit，每页块大小为1Kbit的存储器进行数据存储管理。将存储器按照一定比例对存储区进行分区，分为存储管理区(即分区1)和存储数据区(即分区2)。分区1与分区2必须分属于存储器不同扇区，这样才可以便于数据的擦写。
[0061] 其中，分区1存储的内容包括数据存储记录总数(2个字节)、所有数据的记录信息和最后一条数据的结束记录信息。每条数据的记录信息的格式为：数据键值(2字节)+数据起始地址值(4字节)。数据起始地址值是指分区2中数据的存储位置起始地址值；数据键值是指分区2中数据内容相关联的关键值，通过该键值才可以索引到分区2对应的信息内容。最后一条数据的结束记录信息，即最后标志键值0xffff+最后一条数据的结束地址值。
[0062] 数据起始地址值长度和数据键值长度可以根据实际应用需求，通过修改存储区参数配置文件实现。其配置依据是：如果按2个字节表示数据键值来计算，可以存储的数据量为65535条记录。另外，分区1作为存储信息管理区，属于非有效数据区，相比与分区2，其需要存储空间尽量做到满足略有冗余即可。例如对于一个扇区4K的存储器来说，按每条记录6个字节存储量，可以存储(1024*4)/6＝682条的记录。
[0063] 分区2的数据无格式要求。保证上一个数据与下一个数据紧凑排列，可以通过分区1中数据起始地址值相减，获取上一个数据的长度。
[0064] 2、数据存储管理主控模块：
[0065] 启动数据存储管理模块，在数据运行起来时，首先根据上述的存储区参数配置文件，创建一个数据存储管理列表DataManagerTab，数据格式按照数据键值+数据起始地址值方式记录。根据初始化需要存储的数据存储起始地址和对应键值的数据内容长度，计算出下一条数据的起始地址，将分区1存储的内容读取出来，依次写入到DataManagerTab中。然后按照键值，将实际需要存储的数据写入到分区2，最后将DataManagerTab内容存入到分区1。存储器分区新建结构图，如图2。
[0066] 数据存储管理主控模块(微控制器MCU)的主要工作内容包括：
[0067] 1)创建数据存储管理列表DataManagerTab；
[0068] 2)定时将数据存储管理列表DataManagerTab的信息更新到分区1中；
[0069] 3)定时整合无用的数据存储碎片区地址。
[0070] 3、存储数据添加、删除、修改与读取:
[0071] 1)存储数据的添加：通过查询数据存储管理列表DataManagerTab的最后一条数据的结束记录信息，获取到键值为最后标志键值0xffff对应的最后一条数据的结束地址值，找到分区2对应最后一条数据的结束地址，将待添加数据存入该结束地址后，将原来的最后一条数据结束记录信息修改为新增数据的记录信息，并在分区1的结尾添加一条该新增数据的结束地址记录信息，即键值记录为0xffff，数据的结束地址值记录为该新增数据的存储结束位置的一条信息；同时，数据存储记录总数相应累加1。
[0072] 例如：在存储器新增一条键值为0x00ae，数据长度为256字节长度的存储记录。通过查找DataManagerTab，获取到键值为0xffff的数据起始地址值0x1500，根据0x1500找到分区2对应最后一条数据的结束地址，将待添加数据存入该结束地址后，将原来的最后一条数据结束记录信息修改为新增数据的记录信息，并在分区1的结尾添加一条数据的结束地址记录，即键值记录为0xffff，地址指记录为该新增数据的存储结束位置的一条信息。同时，分区1的存储记录总数加1。存储器记录新增的分区1结构图，如图3。
[0073] 2)存储数据的删除：通过查询数据存储管理列表DataManagerTab，查找与待删除数据的键值一致的键值，将待删除的数据的键值标记为0xfffe(删除标志键值)，在分区1内找到该键值对应的数据起始地址值和下一个键值对应的数据起始地址值，再根据两数据起始地址值获取待删除数据在分区2的数据起始地址和数据结束地址，将待删除数据从存储数据区删除。
[0074] 例如：删除键值为0x0002的存储数据。首先在DataManagerTab中查找到键值为0x0002的记录，然后将键值0x0002改为0xfffe。存储器记录删除的分区1结构图，如图4。
[0075] 暂时无需操作分区2的已删除数据存储内容。待下次在该已删除数据地址所属的扇区有数据更新时，将该已删除的地址整合到空闲区。或者当整个存储区的删除标志超过一定值时，进行整个分区2的零碎存储地址整合。
[0076] 由于存储器的写操作，一般都是按页或扇区擦写的。同时为了减少对存储器的擦写操作次数，在对存储数据进行删除操作时，只是在数据存储管理列表DataManagerTab对需要删除的记录，标志为已删除，即将数据关键值修改为0xfffe(删除标志键值)。然后，在对数据进行添加或修改时，检测数据存储管理列表DataManagerTab中是否有该扇区地址内的已删除数据标记，整合已删除的数据区到空闲地址，然后再做写入操作。只对单片扇区做整合，为防止该扇区的最后一条数据内容有跨越到下个扇区，所以空闲区放在该扇区的倒数第二条记录位置。
[0077] 3)存储数据的修改：通过查询数据存储管理列表DataManagerTab，查找与待修改数据的键值一致的键值，找出该键值对应的数据起始地址值，将键值标记为删除0xfffe，按存储数据的删除方式，将待修改数据从分区2删除；然后按存储数据的添加方式，将修改信息作为新增项写入到分区2。
[0078] 例如：修改键值为0x0001的存储数据，数据内容由原来的0x80改为0x20。首先在DataManagerTab中查找到键值为0x0001的记录，然后将键值为0x0001改为0xfffe。查找键值为0xffff的数据地址，将修改的信息记录按新增项添加到分区1和分区2。同时，分区1的数据存储记录总数加1。存储器记录修改的分区1结构图，如图5。
[0079] 4)存储数据的读取：循环检索数据存储管理列表DataManagerTab，找出与待读取的数据键值一致的键值所在那条数据的记录信息1与其下一条数据的记录信息2，然后找到对应待读取数据在分区2的存储地址(数据的起始地址与数据的结束地址)，再从分区2将数据读出。
[0080] 例如：读取键值0x0001的存储数据。首先在DataManagerTab中查找键值为0x0001的记录，键值为0x0001对应的数据起始地址值和下一键值对应的数据起始地址值，从而获取存储数据在分区2所在地址，从分区2读取数据内容。
[0081] 5)在存储区内对已删除的存储数据碎片进行整合操作：
[0082] ①查找DataManagerTab第一个键值为0xfffe的数据起始地址0x1000，然后查找下一个键值不是0xfffe的数据起始地址0x1100，计算出该地址0x1100所属页5，将分区2中页5数据全部读取出来，然后将0x1100地址的有效存储数据移到地址0x1000处，记录数据结束位置0x1020，键值记为0xfffe；
[0083] ②循环执行①，直到整合完页5内所有数据，然后将数据写入到页5中；
[0084] ③依次循环读取存储区下一页所有数据，循环执行①、②步骤，完成整个存储的数据的整合；
[0085] ④将分区1的存储记录总数减去0xfffe的总个数。
[0086] 存储器整合后的分区1结构图，如图6。
[0087] 6)通过立即性或自动定时性方式，将数据存储管理列表DataManagerTab更新到分区1，以及更新分区2的数据内容，以达到数据存储立即有效性。
[0088] 综上所述，本发明的优点如下：
[0089] 本发明是运用在无操作系统的微控制处理器设备中，将存储区分为存储管理区(即分区1)和存储数据区(即分区2)，通过分区隔离管理的方式，对分区1中的信息进行分析处理后，以实现对分区2数据读取、存储、检索和删除等操作，通过模块化存储器数据管理方法，能够提高代码的可利用率，并且便于移植，简化开发流程。通过这种存储器管理方法，相比带操作系统的一些存储器管理模块，占用的存储资源更少，CPU处理更简化，更适用了微控制器存储数据管理。同时，在数据存储管理中对数据删除与修改的特殊处理机制，可以在保证数据存储的安全稳定的同时减少了对存储器芯片的擦写操作，不仅延长存储芯片的使用寿命，同时减少了读写存储芯片时间，提高了程序的运行效率。
[0090] 虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉
本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的
权利要求所保护的范围内。
