利用空间冗余减少事务处理过程中对EEPROM页擦写次数的方法

摘要

一种利用空间冗余减少事务处理过程中对EEPROM页擦写次数的方法，在受事务保护的EEPROM空间中每一页在物理上对应影子页，写数据时根据RAM中的页状态信息将新数据写入影子页并设状态位。读数据时根据RAM中的页状态信息返回数据，提交事务数据时，仅通过对状态位的操作和其CRC的判断使影子页地位提升为当前页，而使之前的当前页降为影子页。丢弃事务处理数据时，根据EEPROM保存的状态位“找到”之前的当前页。本发明在事务处理过程中减少不必要的写EEPROM次数，克服了在事务处理过程中对EEPROM的频繁修改造成的运行速度和对EEPROM寿命的影响，从而提升了事务处理效率。

说明书

技术领域

本发明涉及嵌入式系统，尤其涉及一种利用空间冗余减少事务处理过程中对EEPROM（电可擦只读存储器）页擦写次数的方法。

背景技术

在对敏感信息诸如交易金额、密码的操作过程中发生中断时，关键是如何保证事务处理机制的完善性，即该事务要么更新成功，要么保持原值。因此对于要求高安全性的设备来说，尤其是智能卡，完善的事务处理尤为重要。

传统的事务处理方法一般分为两种，保存旧数据方法和保存新数据方法：A．保存旧数据方法：

将目标地址的旧值保存在事务处理区里，置事务处理区中数据有效标记，将新数据写入目标地址；清事务处理区中数据有效标记；

需要恢复时将旧数据写回，清事务处理区中数据标志有效标记；

这种方法在发生主动丢弃事务处理数据（abort 处理）逻辑或意外断电后的数据恢复时开销最大（write penalty）；

B．保存新数据方法：

将目标地址的新值保存在RAM（随机存储器）中，当发生提交事务处理（commit 处理）逻辑时将RAM中的新数据集复制到事务处理区里，置事务处理区中数据有效标记；将事务处理区中的新数据复制到目标地址；清事务处理区中数据有效标记；需要恢复时将事务处理中的新数据集写回，清事务处理区中数据标志有效标记；

这种方法，新数据被缓存在RAM中，当发生任意EEPROM读操作时，都需要到RAM缓存中进行过滤以不错过其“最新值”（read penalty）；

且该方法需要额外的RAM缓存，只适合较小的，应用场景相对固定的环境，否则RAM缓存的大小，任意读操作的缓存搜索过程都会受到挑战。

发明内容

本发明提供一种利用空间冗余减少事务处理过程中对EEPROM页擦写次数的方法，该方法以空间上的冗余为代价，在事务处理过程中减少不必要的写EEPROM次数，克服了在事务处理过程中对EEPROM的频繁修改造成的运行速度和对EEPROM寿命的影响，从而提升了事务处理效率。

为了达到上述目的，本发明提供一种利用空间冗余减少事务处理过程中对EEPROM页擦写次数的方法，该方法包含以下步骤：

步骤1、使EEPROM中需要受事务处理机制保护的空间中的每一页在物理上对应两个页，其中一页作为当前页PA，另外一页作为影子页PB；

步骤2、分别在RAM中开辟页状态区TR_RAM、在EEPROM中开辟当前页状态区TR_EEPROM和页状态影子区TR_EEPROM_SHADOW，用于存放页状态信息；

步骤3、当发生EEPROM写操作时，CPU根据TR_RAM中的页状态信息将新数据写入影子页中，并修改页状态区TR_RAM的信息，将低位设置为1，当发生EEPROM读操作时，CPU根据TR_RAM中的页状态信息将“最新”的数据返回；

步骤4、判断 逻辑是否需要提交所有事务处理数据，若是，转到步骤5，若否，转到步骤12；

步骤5、对TR_RAM中的页状态信息做相应变换，并保存在页状态区TR_RAM：

步骤6、计算TR_RAM中高字节数据的CRC16值，并将该值写入TR_RAM中低字节开始处； 

步骤7、将TR_RAM中的数据复制入TR_EEPROM_SHADOW；

步骤8、设置一寄存器R用来表征新的TR_EEPROM，使TR_EEPROM与TR_EEPROM_SHADOW的地位互换；

步骤9、将TR_RAM中的CRC清零；

步骤10、擦除TR_EEPROM_SHADOW中的页数据；

步骤11、将TR_EEPROM的高字节信息复制入TR_RAM的高字节，TR_RAM的低字节置零；

步骤12、判断 逻辑是否需要丢弃所有事务处理数据，若是，转到步骤13；

步骤13、将TR_EEPROM的高字节数据复制入TR_RAM，TR_RAM的低字节清零。

所述的步骤2中，每个页的状态由对应页状态区TR_RAM中的两位标记，“高位”表示当前页，“低位”表示影子页中是否有被处理的数据：

00：当前页为PA，影子页PB中无被处理的“新数据”；

01：当前页为PA，影子页PB中有被处理的“新数据”；

10：当前页为PB，影子页PA中无被处理的“新数据”；

11：当前页为PB，影子页PA中有被处理的“新数据”。

所述的步骤5中，对TR_RAM中数据做如下变换：

00à00 （不变）；

01à10 （置换当前页，并清除“已缓数据”标记）；

10à10 （不变）；

11à00 （置换当前页，并清除“已缓数据”标记）。

本方法在任何情况下断电，重上电后，TR_EEPROM与TR_EEPROM_SHADOW中至少有一块的数据与其CRC值匹配：

1、若只有一块匹配，则将其在R中指明为TR_EEPROM，另一块就作为影子；

2、若两块的数据与其CRC分别都匹配，则可随选一个在寄存器R中标记为当前TR_EEPROM，另一块作为影子。

本发明在事务处理过程中减少不必要的写EEPROM次数，克服了在事务处理过程中对EEPROM的频繁修改造成的运行速度和对EEPROM寿命的影响，从而提升了事务处理效率。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是TR_RAM、TR_EEPROM、TR_EEPROM_SHADOW、PA、PB等的示意图；

图3是TR_RAM在写之前和写之后的状态变化示意图；

图4是TR_RAM在提交事务时状态转换变化示意图；

图5是计算TR_RAM高64字节的CRC16值并且复制入TR_EEPROM_SHADOW的示意图；

图6是表征新TR_EEPROM后，当前页变化的示意图。

具体实施方式

以下根据图1～图6，具体说明本发明的较佳实施例。

如图1所示，本发明提供一种利用空间冗余减少事务处理过程中对EEPROM页擦写次数的方法，包含以下步骤：

步骤1、使EEPROM中需要受事务处理机制保护的空间中的每一页在物理上对应两个页（PA和PB），其中一页作为当前页，另外一页作为影子页；

步骤2、分别在RAM中开辟页状态区TR_RAM、在EEPROM中开辟当前页状态区TR_EEPROM和页状态影子区TR_EEPROM_SHADOW，用于存放页状态信息；

用2个bit来映射EEPROM的页状态；

每个页的状态由对应页状态区TR_RAM中的两位标记，“高位”表示当前页，“低位”表示影子页中是否有被处理的数据：

00：当前页为PA，影子页PB中无被处理的“新数据”；

01：当前页为PA，影子页PB中有被处理的“新数据”；

10：当前页为PB，影子页PA中无被处理的“新数据”；

11：当前页为PB，影子页PA中有被处理的“新数据”；

步骤3、当发生EEPROM写操作时，CPU根据TR_RAM中的页状态信息将新数据写入影子页中，并修改页状态区TR_RAM的信息，将低位设置为1，当发生EEPROM读操作时，CPU根据TR_RAM中的页状态信息将“最新”的数据返回；

步骤4、判断 逻辑是否需要提交所有事务处理数据（Commit Transaction），若是，转到步骤5，若否，转到步骤12；

步骤5、对TR_RAM中的页状态信息做相应变换，并保存在页状态区TR_RAM：

对TR_RAM中数据做如下变换（若由运行的系统处理，则需TR_RAM可见）：

00à00 （不变）；

01à10 （置换当前页，并清除“已缓数据”标记）；

10à10 （不变）；

11à00 （置换当前页，并清除“已缓数据”标记）；

“已缓数据”就是变换之前影子页里面的数据，这个标记即为低位（01中的那个1变成0）；

（注：TR_RAM、TR_EEPROM、TR_EEPROM_SHADOW中的数据结构：所有高位连续存放，所有低位连续存放）；

步骤6、计算TR_RAM中高字节数据的CRC16值，并将该值写入TR_RAM中低字节开始处（低字节在执行步骤5后必已全零）； 

步骤7、将TR_RAM中的数据复制入TR_EEPROM_SHADOW（只写不擦，上一轮中已擦过）；

步骤8、设置一寄存器R用来表征新的TR_EEPROM （使TR_EEPROM与TR_EEPROM_SHADOW的地位互换）；

步骤9、将TR_RAM中的CRC清零；

步骤10、擦除TR_EEPROM_SHADOW中的页数据（只擦不写，数据为全0xFF）；

步骤11、将TR_EEPROM的高字节信息复制入TR_RAM的高字节，TR_RAM的低字节置零；

步骤12、判断 逻辑是否需要丢弃所有事务处理数据（Abort Transaction），若是，转到步骤13；

步骤13、将TR_EEPROM的高字节数据复制入TR_RAM，TR_RAM的低字节清零。

本方法在任何情况下断电，重上电后，TR_EEPROM与TR_EEPROM_SHADOW中至少有一块的数据与其CRC值匹配：

1、若只有一块匹配，则将其在寄存器R中指明为TR_EEPROM，另一块就作为影子，若影子区不为全0xff，则表示是在执行步骤10时断电，再执行步骤10，擦一遍；

2、若两块的数据与其CRC分别都匹配，则我们无法区分哪块中存放的是最新的页标志信息, 但这种情况只可能发生在执行步骤8或步骤9时，所以无论将哪个作为当前页标记区，EEPROM中的数据都会是完整的（新数据集或旧数据集），因此可随选一个在R中标记为当前TR_EEPROM，另一个作为影子，并执行步骤10，擦一遍；

本实施例以芯片上带64K的EEPROM需要事务处理保护，且每页为128字节为例，详细说明本方法：

64K的 EEPROM总共有512个页，若以两个比特（bit）来印射一个页的状态，那么共需要128字节的存储空间；

使受事务处理机制保护的64K空间里的每个页P在物理上都对应两个页（页PA，页PB），其中一个作为当前页（数据有效），另外一个作为影子页；

在芯片的RAM中开辟128字节空间（TR_RAM[128]），在EEPROM中开辟两块128字节的空间(TR_EEPROM_A[128], TR_EEPROM_B[128], AB互为影子，即若A为本体TR_EEPROM，则B为影子TR_EEPROM_SHADOW，其中TR_EEPROM存放的是当前有效的页状态；

假设逻辑需要对修改敏感信息做事务处理保护，首先CPU根据TR_RAM里面的页状态信息的高位“0101011”（复制于TR_EEPROM保存的有效页状态，代表当前页分别为PAPBPAPBPAPBPB，具体示意图参见图2）将数据分别写入影子页PBPAPBPAPBPAPA，并在TR_RAM置其低位为“1”，状态变化示意图参见图3，当提交事务处理时（Commit Transaction），示意图参见图4，对TR_RAM中的数据做如下变换：

00à00 （不变）；

01à10 （置换当前页，并清除“已缓数据”标记）；

10à10 （不变）；

11à00 （置换当前页，并清除“已缓数据”标记）；

此时若发生断电，则TR_RAM上的数据丢失，重新上电时，根据CRC值的匹配情况，读出的还是TR_EEPROM之前的有效当前页状态：“0101011”，即为原始数据；

计算TR_RAM中高64字节数据的CRC16值，写入其低64字节开始处；若此时断电，恢复的也是原始数据；

将计算过CRC16的TR_RAM数据复制到TR_EEPROM_SHADOW，示意图参见图5；若此时断电，恢复时是以TR_EEPROM为主，故还是原始数据；

然后互换TR_EEPROM与TR_EEPROM_SHADOW的地位，即此时TR_EEPROM保存的是最新的页状态信息，示意图参见图6；此时若断电恢复，两块数据的CRC都匹配，故随选一个标记为TR_EEPROM，另外一个作为TR_EEPROM_SHADOW；

之后将TR_RAM中的CRC清零；此时若断电恢复，两块数据CRC都一致，故也是随选一个标记为TR_EEPROM；

最后擦除TR_EEPROM_SHADOW页数据；（只擦不写, 数据为全0xFF），此时若断电，恢复的是新数据。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。