一種安全快速存儲機頂盒系統(tǒng)信息的方法

鄭瀟

摘 要：本文介紹了一種安全快速存儲機頂盒系統(tǒng)信息的方法。通過在閃存（Flash Memory）中建立有效的塊備份機制，保證數(shù)據(jù)存儲的安全;通過控制數(shù)據(jù)在Flash塊中不同位置上輪流存儲，減少塊擦除的頻率，從而提高數(shù)據(jù)存儲的速度，并延長Flash的使用壽命。

關(guān)鍵詞：機頂盒;閃存;塊;塊擦除

中圖分類號：TP333 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）17-0028-03

Abstract： This paper introduced a safe and fast way to store the information of STB system. To assure the security of data storage， an effective block backup mechanism is established in Flash Memory. By controlling the data to be stored in turn from the different positions in Flash block， reduced the frequency of block abrasion ， so improve the speed of data storage and active the life of Flash .

Keywords： STB block;flash memory;block;block erase

1 研究背景

閃存是一種非易失性存儲器，可以對塊的存儲器單元塊進行擦寫和再編程。任何Flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進行，所以，大多數(shù)情況下，在進行寫入操作之前，必須先執(zhí)行塊擦除操作。NOR Flash和NAND Flash是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存器。由于介紹的機頂盒采用的是NOR Flash，因此，本文只對NOR Flash進行重點介紹。Intel于1988年首先開發(fā)出NOR Flash 技術(shù)，徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統(tǒng)天下的局面。NOR Flash的優(yōu)點是：①芯片內(nèi)執(zhí)行，這樣應(yīng)用程序可以直接在Flash內(nèi)運行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中;②傳輸效率很高;③存儲數(shù)據(jù)保存時間長;④擦寫次數(shù)高達10萬次以上;⑤數(shù)據(jù)更新速度比EPROM和EEPROM快。但是，低寫入和擦除速度大大影響其性能[1-3]。

近年來，隨著數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，作為數(shù)字電視終端的數(shù)字電視機頂盒被越來越多的用戶所使用。機頂盒需要對系統(tǒng)信息（語言、音量、分辨率、節(jié)目數(shù)等）、節(jié)目庫、CA信息等數(shù)據(jù)進行存儲，所以NOR Flash廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)數(shù)字電視機頂盒中。由于NOR Flash進行數(shù)據(jù)存儲前必須進行塊擦除操作，因此，在實際使用NOR Flash過程中存在以下幾個問題：①存儲大量數(shù)據(jù)時需要等待較長時間;②存儲數(shù)據(jù)時斷電會造成數(shù)據(jù)丟失;③頻繁擦寫數(shù)據(jù)塊，易造成Flash損壞。綜上所述，如何保證數(shù)據(jù)存儲的安全及減少塊擦除的次數(shù)是本文論述的重點。

2 實際項目中遇到的問題

在負(fù)責(zé)的實際項目中，曾經(jīng)有印度用戶反饋機頂盒在使用過程中存在概率性丟失系統(tǒng)信息的問題，給用戶使用帶來一定困擾。該款機頂盒由主芯片（MSD5017）、內(nèi)存（H5PS5162GFR-S6C）、閃存（MX25L6455EXCI）和Tuner（TDA18250）四大模塊組成。經(jīng)技術(shù)支持確認(rèn)，當(dāng)機頂盒在保存系統(tǒng)信息過程中斷電，很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的問題。經(jīng)軟件工程師的分析定位，由于閃存模塊的固有特性（存儲數(shù)據(jù)前必須進行塊擦除），所以，機頂盒在存儲系統(tǒng)信息的過程中斷電，就會引起機頂盒系統(tǒng)信息的丟失。由于先前機頂盒存儲系統(tǒng)信息的方法是直接將數(shù)據(jù)存儲于Flash指定塊中，當(dāng)系統(tǒng)信息需要更新時，必須先將塊中的數(shù)據(jù)保存到內(nèi)存中，然后擦除該塊，最后再將更新后的系統(tǒng)信息寫入該塊。因此，如果在存儲數(shù)據(jù)過程中斷電，就會出現(xiàn)系統(tǒng)信息丟失的問題。為了解決機頂盒系統(tǒng)信息丟失的問題，并延長Flash使用壽命，本文設(shè)計出一種安全快速存儲機頂盒系統(tǒng)信息的方法，能保證數(shù)據(jù)讀寫的安全，并減少Flash塊的擦寫次數(shù)，延長Flash使用壽命。

3 具體實施方式

3.1 存儲數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)在塊中位置

本文設(shè)計的安全快速存儲機頂盒系統(tǒng)信息的方法中，存儲數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)由系統(tǒng)信息和具有有效標(biāo)志的頭部（0x12345678）組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過查找有效標(biāo)志的頭部，找到塊中讀寫系統(tǒng)信息的偏移地址，從而達到快速讀寫數(shù)據(jù)的目的。數(shù)據(jù)在塊中的位置如圖2所示，塊由帶有有效標(biāo)志頭部的系統(tǒng)信息、未存儲數(shù)據(jù)的空間、塊有效標(biāo)識符（TAG）組成。

3.2 塊選擇

一種安全快速存儲機頂盒系統(tǒng)信息的方法中塊選擇流程如圖3所示。

Flash中分配A和B兩塊（塊大小為64KB），A和B兩塊交替存儲，保證數(shù)據(jù)存儲的安全。A和B兩塊的最后4個字節(jié)用于存儲塊有效標(biāo)識符（TAG），標(biāo)識符的值范圍從0x00000001到0xFFFFFFFE，超出其范圍時，從0x00000001開始重新循環(huán)。若哪個塊的有效標(biāo)識符的值大（特殊情況0x00000001大于0xFFFFFFFE），哪個塊就是當(dāng)前讀寫操作的有效塊。如A和B兩塊有效標(biāo)識符（TAG）都為0xFFFFFFFF，將A塊擦除后選擇A塊為有效塊。塊選擇步驟如下。

步驟1：讀取TAGA和TAGB。

步驟2：判斷TAGA和TAGB是否均有效，是進入步驟4，否進入步驟3。

步驟3：判斷TAGA是否大于TAGB，是進入步驟4，否進入步驟5。

步驟4：選擇A塊為有效塊。

步驟5：選擇B塊為有效塊。

3.3 讀操作

一種安全快速存儲機頂盒系統(tǒng)信息的方法中讀操作流程圖如圖4所示，具體包括以下步驟。

步驟1：通過比較TAGA和TAGB選擇有效塊。

步驟2：假設(shè)塊的大小為BlockSize，從塊的BlockSize-8開始向前讀取，每4個字節(jié)讀取一次數(shù)據(jù)，直到讀取到的數(shù)據(jù)不為0xFFFFFFFF為止;判斷讀取數(shù)據(jù)是否為有效標(biāo)志的頭部，是則轉(zhuǎn)入步驟3，否則說明無有效的系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)失敗。

步驟3：假設(shè)讀取x次后得到有效標(biāo)志的頭部（0x12345678），SysSize為系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的大小，則讀取系統(tǒng)信息的偏移地址為BlockSize-4-4x-SysSize。完成數(shù)據(jù)讀取操作。

3.4 寫操作

一種安全快速存儲機頂盒系統(tǒng)信息的方法中寫操作流程如圖5所示。具體包括以下步驟。

步驟1：通過比較TAGA和TAGB選擇有效塊。

步驟2：判斷該塊是否是擦除塊后第一次操作，是則轉(zhuǎn)入步驟3，否則轉(zhuǎn)入步驟4。

步驟3：將圖1所示的數(shù)據(jù)寫入塊開始的起始位置;同時，從該塊的最后4個字節(jié)寫入塊有效標(biāo)識符（TAG），標(biāo)識符的值為另一塊標(biāo)識符值加1，完成數(shù)據(jù)存儲。數(shù)據(jù)在塊中的位置如圖2所示。

步驟4：假設(shè)塊的大小為BlockSize，從塊的BlockSize-8開始向前讀取，每4個字節(jié)讀取一次數(shù)據(jù)，直到讀取到的數(shù)據(jù)不為0xFFFFFFFF為止，轉(zhuǎn)入步驟5。

步驟5：判斷讀取到的數(shù)據(jù)是否為有效標(biāo)志的頭部（0x12345678），如果不是有效標(biāo)志的頭部，則該數(shù)據(jù)塊損壞，跳到另外一塊將其擦除，再進入步驟3操作;如果是有效標(biāo)志的頭部，則此時數(shù)據(jù)塊為正常塊，轉(zhuǎn)入步驟6。

步驟6：假設(shè)讀取x次后得到有效標(biāo)志的頭部（0x12345678），則BlockSize-4x為存儲數(shù)據(jù)的起始位置;現(xiàn)在判斷剩余的空間（BlockSize-4-（BlockSize-4x）= 4x-4）是否大于圖1數(shù)據(jù)的大小，如果小于，則該數(shù)據(jù)塊已經(jīng)存滿，跳到另外一塊將其擦除，再進入步驟3操作，如果大于，轉(zhuǎn)入步驟7。

步驟7：從塊偏移地址為BlockSize-4x開始寫入圖1所示的數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)存儲。

4 結(jié)語

針對Flash的固有特性，本文介紹了一種安全快速存儲機頂盒系統(tǒng)信息的方法。該方法能有效解決在數(shù)據(jù)存儲過程中因斷電造成的數(shù)據(jù)丟失，并通過減少塊擦除的次數(shù)提高Flash的使用壽命。綜上所述，通過使用本文介紹的安全快速存儲機頂盒系統(tǒng)信息的方法，能有效解決印度市場反饋的機頂盒概率性丟失系統(tǒng)信息的問題，并能減少Flash塊擦除次數(shù)，提高數(shù)據(jù)存儲效率，從而提高機頂盒的整體性能。

參考文獻：

[1]周建峰，張宏.數(shù)據(jù)存儲、恢復(fù)與安全應(yīng)用實踐[M].北京：中國鐵道出版社，2015.

[2]陳鎮(zhèn)江，張寅，張志文，等.一種基于數(shù)據(jù)存儲的流水SHA256硬件實現(xiàn)電路[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2019（7）：44-49.

[3]牛藝霏，劉嵩巖，陳妍霖，等.固態(tài)存儲技術(shù)研究概述[J].計算機產(chǎn)品與流通，2019（7）：22.