基于页的eeprom备份至flash方案
本文介绍了一种将基于页的 eeprom 数据备份至 flash 内的方案
flash 划分
flash 使用和 eeprom 相同的页大小，为 64Bytes。一个 sector 为 4096Bytes，包含了 4096/64 = 64 个页。
对于 32KB 的 eeprom，共有 512 页需要备份，对应 flash 至少需要 512/64 = 8 个 sector，为了实现 flash 的擦写要求和备份策略，实际可能会更多，取决于具体的备份策略和擦写均衡算法。
备份策略
备份策略不使用整体完全备份，基于消耗的时间过长以及数据备份不及时考虑。
为了实现数据的及时备份，每次对 eeprom 的页的修改都会将其备份至 flash。由于 flash 的只写一次特性，所以备份时采用追加写入的方式，按顺序依次写入要备份的页。
比如依次修改了 eeprom 中的页 1、页 2、页 1，则在 flash 的页 0、页 1、页 2 依次备份 eeprom 的页 1、页 2、页 1，则 flash 内的存储情况如下：
| flash 页 | eeprom 页 |
|---|---|
| 0 | 1(version 1) |
| 1 | 2(version 1) |
| 2 | 1(version 2) |
| 3 | null |
| 4 | null |
| … | … |
flash-eeprom 映射表
为了实现追加备份的策略，需要维护一张映射表，用于表示 flash 页和被备份的 eeprom 页间的关系，映射表示例如下:
| flash 页 | eeprom 页 |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 2 |
| 2 | 1 |
| 3 | null |
| … | … |
映射表存储在单独的 flash 区域，我们称其为日志区。日志由记录构成，记录的结构如下：
1
[-- sector id（2 Bytes） --][--- 映射数组（128 Bytes） ---]
- sector id：2 Bytes，用于表示本条记录对应的 sector 编号
映射数组：128 Bytes，表示本 sector 内的页和备份的 eeprom 的页的映射关系。包含 64 个元素的数组，每个元素为 2 字节，数组索引表示 flash 页编号，元素内容表示备份的 eeprom 页编号。默认为 0xFF 表示未写入数据，每次追加备份页时先在 flash 对应页写入备份页内容，再在映射数组的对应位置写入备份页编号。
映射数组示例如下：
数组索引 元素内容(2 Bytes) 0 0x0001 1 0x0002 2 0x0001 3 0xFFFF … 0xFFFF 63 0xFFFF
当一条记录内的映射数组的所有元素都被填充时，需要在日志区追加一条记录，同时需要一个新的被完全擦除的 sector，该记录的 sector id 写为这个新 sector 的 id，映射数组默认全为 0xFFFF。
eeprom-flash 映射表
为了快速找到 eeprom 页对应备份在 flash 中的位置，可以在 RAM 中维护一张 eeprom-flash 映射表
映射表示例如下：
| eeprom 页 | flash 页 |
|---|---|
| 0 | 10 |
| 1 | 2 |
| 2 | 1 |
| … | … |
| 511 | … |
此处的 flash 页编号可以使用 sector id 和 sector 内页编号换算。
在系统启动时可以通过 flash-eeprom 映射表来生成 eeprom-flash 映射表，通过遍历 flash-eeprom 映射表的所有项，找出每个 eeprom 的最新的备份版本对应的 flash 页。
生成示例如下：
| eeprom 页 | flash 页 |
|---|---|
| 0 | null -> 10 |
| 1 | null -> 0 -> 2 |
| 2 | null -> 1 |
| … | … |
| 511 | … |
比如 eeprom 中的页 1 在 flash-eeprom 映射表中有两条记录，其中最新一条记录对应的 flash 页编号为 2，则最终生成的 eeprom-flash 映射表中的 eeprom 页 1 对应 flash 页 2
映射表的数据结构类似于 flash-eeprom 映射表的映射数组，其中索引表示 eeprom 页编号，元素内容表示 flash 页编号，示例如下：
| 数组索引 | 元素内容(2 Bytes) |
|---|---|
| 0 | 0x000A |
| 1 | 0x0002 |
| 2 | 0x0001 |
| 3 | 0xFFFF |
| … | 0xFFFF |
| 511 | 0xFFFF |
旧版本数据处理
由于采用了追加备份的策略，对同一个 eeprom 页的备份会存在多个版本，一般我们只关注最新的版本，所有旧版本的数据可以视为垃圾数据。
检测垃圾数据
检查垃圾数据的方法是遍历 flash-eeprom 映射表，如果发现对应的记录不在 eeprom-flash 映射表中或存在更新的版本时，该数据就是垃圾数据，反之就是有效数据。
垃圾回收
旧版本的垃圾数据会占用备份区的空间，需要在适当的时机进行清理以腾出空间用于备份新的数据。由于 flash 的最小可擦除单元为一个 sector，所以对垃圾数据所在的 sector 擦除前需要将有效数据移动到其他位置防止被一起擦除。
当某个 sector 内只有少数的有效数据时，可以把这些有效数据所为新记录追加到最新的备份位置，这样就让整个 sector 内的所有页都变为了垃圾数据，可以对其进行擦除来释放空间，之后该区域可以作为新的备份区。
