一种数据分离储存的装置以及方法
【专利摘要】一种数据分离储存的装置以及方法。数据分离储存的装置包括数据管理单元，以及分别连接于数据管理单元的采集模块、非易失性的且支持以字节为单位写入和擦除数据的第一存储模块、非易失性的第二存储模块，其中：采集模块用于将待存储数据输入到数据管理单元；数据管理单元用于判断待存储数据在存储完成后是否需要被改写，若待存储数据在存储完成后仍需要被改写则将待存储数据存储到第一存储模块，若待存储数据在存储完成后不需要被改写则将待存储数据存储到第二存储模块。这种数据分离储存装置进行数据改写时，所需数据管理单元中的处理器和内存资源少。
【专利说明】一种数据分离储存的装置以及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数据存储技术，尤其涉及一种数据分离储存的装置以及一种数据分离储存的方法。
【背景技术】
[0002]在铁路系统领域，支持掉电储存的存储装置在一定的工作时间内陆续地既需要储存数量巨大的且存储完成后不需要被改写的数据又需要储存一定数量的且存储完成后仍需要被改写的数据，这些数据为待存储数据。这就要求存储装置的容量非常大，存储器中的存储模块为非易失性的存储模块。待存储数据以二进制字符串的形式储存到，储存模块与存储装置中的处理器一般是通过八根数据线传递数据，处理器与存储模块之间一次只能传输一字节的数据。这里的非易失性存储器是指掉电后能在一段较长的时间持续保持储存器内部数据的存储器。
[0003]现有技术一种方案为采用NAND型闪存存储器(以下称NAND Flash)为存储装置的储存模块。NAND型闪存存储器是一种闪存存储器。NAND Flash是一种大容量的存储器，有较快的写入速度并掉电保持数据，为非易失性存储器。NAND Flash的存储芯片分成若干个块，块的储存容量一般有128kb (lkb等于一千字节)、256kb、512kb三种，一个块分成若干个页，常见的页的储存容量一般为2kb或4kb。NAND Flash以页为最小单位写入数据。以块为最小单位擦除数据。在NAND Flash中擦除一个字节的数据则需要将储存了这个数据的块内的全部数据进行擦除。如果这个块中储存了待擦除的数据和其他数据，则处理器必须先将其他数据读取到内存中，然后将整个块进行擦除，最后将其他数据储存到NAND Flash中。在这种情况下，处理器对其他数据的读取和写入，就会占用处理器和内存的部分资源。这样就导致在设计和生产以NAND Flash为存储器的存储装置时，必须增加处理器和内存在改写数据时所需要的资源。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明提出了一种数据分离储存的装置，包括数据管理单元，以及分别连接于数据管理单元的采集模块、非易失性的且支持以字节为单位写入和擦除数据的第一存储模块、非易失性的第二存储模块，其中:采集模块用于将待存储数据输入到数据管理单元；数据管理单元用于判断待存储数据在存储完成后是否需要被改写，若待存储数据在存储完成后仍需要被改写则将待存储数据存储到第一存储模块，若待存储数据在存储完成后不需要被改写则将待存储数据存储到第二存储模块。
[0005]在一个具体的实施例中，装置还包括连接于数据管理单元和外部目标设备的转储模块，数据管理单元还用于根据转储存的请求将储存在第一存储模块和第二存储模块中的数据通过转储模块发送至外部目标设备。
[0006]在一种具体的实施例中，第二存储模块的存储容量大于或等于存储到第二存储模块中的待存储数据的总量。
[0007]在一个具体的实施例中，其特征在于，第一存储模块为铁电存储器。
[0008]在一个具体的实施例中，第二存储模块为NAND型闪存储存器。
[0009]在一个具体的实施例中，第二存储模块为外部存储器。
[0010]本发明还提供了一种数据分离存储的方法，包括:
[0011]建立将存储完成后仍需要被改写的数据写入到非易失性的且支持以字节为单位写入和擦除数据的第一存储模块的第一映射关系，建立存储完成后不需要被改写的数据写入到第二存储模块的第二映射关系；
[0012]接收待存储数据，根据待存储数据的内容，判断待存储数据为在存储完成后仍需要被改写的数据还是在存储完成后不需要被改写的数据，若待存储数据为在存储完成后仍需要被改写的数据则根据第一映射关系储存到的第一存储模块，若待存储数据为在存储完成后不需要被改写的数据则根据第二映射关系储存到第二存储模块。
[0013]在一个具体的实施例中，所述方法还包括在步骤B之前的预步骤C、预步骤D、预步骤E，
[0014]预步骤C:在第一存储模块中创建文件目录区，将文件目录区划分成若干节点，向各个节点分配对应的节点号，
[0015]预步骤D:将储存文件的文件名与节点相关联，
[0016]预步骤E:在节点中储存第一映射表和第二映射表，第一映射表用于记录储存到第一存储模块的数据的存储映射，第二映射表用于记录储存到第二存储模块的数据的存储映射。建立将储存到第一存储模块中的数据的存储映射写入到第一映射表的第一存储映射关系，建立将储存到第二存储模块中的数据的存储映射写入到第二映射表的第二存储映射关系。
[0017]在一个具体的实施例中，所述方法还包括步骤G:对第一存储映射关系或第二存储映射关系进行维护。
[0018]在一个具体的实施例中，所述方法还包括步骤B之后的步骤H:根据转储存请求来读取第一存储模块和第二存储模块中所储存的数据，并将其转存至目标设备。
[0019]数据管理单元将待存储数据中的在存储完成后仍需要被改写则将待存储数据存储到第一存储模块，当已被存储到第一存储模块中的数据需要被改写时，数据管理单元可以直接控制第一存储模块直接将该数据进行逐字节地擦除，并直接将新的数据逐字地写入到第一存储模块中。这样数据管理单元对第一存储模块的中的数据进行改写时所占用的数据管理单元中的处理器和内存的资源少，并且第二存储模块选用大容量的存储器时可以储存完成后不需要修改的数据，第二存储模块的选择范围大。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
[0021]图1为本发明的一种实施方式的数据分离储存的装置的连接示意图。
[0022]图2为本发明的一种数据分离储存的方法的步骤B的流程图。
[0023]在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0025]图1示意性地表示出了本发明的一种实施方式的数据分离储存的装置的连接方式。在本实施例中，数据分离储存的装置的硬件包括数据管理单元1，以及分别连接于数据管理单元I的采集模块3、非易失性的且支持以字节为单位写入和擦除数据的第一存储模块4、非易失性的第二存储模块5、电源模块2。其中，电源模块2用于向数据分离储存的装置中的各个模块直接或间接的提供电源，采集模块3用于将待存储数据输入到数据管理单元1，数据管理单元I用于对待存储数据进行逻辑管理，判断待存储数据在存储完成后是否需要被改写，若待存储数据在存储完成后仍需要被改写则将待存储数据存储到第一存储模块4，若待存储数据在存储完成后不需要被改写则将待存储数据存储到第二存储模块5。
[0026]数据管理单元I将待存储数据逐字节地写入到第一存储模块4，数据管理单元I还可以控制第一存储模块4对第一存储模块4中储存的数据进行逐字节的擦除。本领域的技术人员可以根据数据分离储存的装置的工作环境来判断第一存储模块4和第二存储模块5所需的存储容量，来选用第一存储模块4和第二存储模块5的存储容量。优选地，第一存储模块4的存储容量大于或等于储存到第一存储模块3的待存储数据在工作过程中某一时刻可能出现的最大数据量。优选地，第二存储模块5的存储容量大于或等于存储到第二存储模块5中的待存储数据的总量。
[0027]数据管理单元I可以根据待存储数据的内容判断待存储数据是在存储完成后仍需要被改写的数据还是在存储完成后不需要被改写的数据。该待存储数据的内容可以为待存储数据的属性内容，例如，待存储数据的名称。
[0028]在本实施例中，数据管理单元I包括处理器以及连接于处理器的内存。处理器连接于采集模块3、第一存储模块4、第二存储模块5。处理器为数据分离储存的装置的逻辑控制单元，用于根据数据分离存储存的方法控制待存储数据的储存和转存。优选地，第二存储模块4的存储容量大于第一存储模块5的存储容量。
[0029]采集模块3优选为并行接口、RS-232设备接口、IrDA红外接口、SPI串行外围设备接口、IIC总线接口、USB通用串行总线接口、Ethernet网口等中的一个或多个接口。这些接口连接于外部设备的传感器或数据传输网络，用于接收传感器或数据传输网络传送来的各项信号，采集模块3将其中的数字信号传送到处理器中。优选地，采集模块3还包括A/D转换电路，A/D转换电路用于将信号中的模拟信号转换成数字信号传送到处理器中。这里的数字信号是指以一个或多个字节的二进制字符串为载体的待存储数据。传送到处理器中的数字信号为记载有待存储数据的二进制字符串。在本实施例中，采集模块3还包括RS-485通信模块，RS-485通信模块用于远程数据采集时与上位机进行通信。
[0030]待存储数据以一个或多个字节的二进制字符串的形式从采集模块3传输到数据管理单元I并被数据管理单元I写入到第一存储模块4或第二存储模块5中，第一存储模块4和第二存储模块5包括用于存储该二进制字符串信息的物理存储介质。物理存储介质由若干个具有两种不同状态的存储元件组成，存储元件的两种状态在逻辑上分别对应表示二进制数字的O和1，一个存储元件可以储存一位二进制字符，第一存储模块和第二存储模块的容量以位为最小单位。第一存储模块支持以字节为单位写入和擦除数据是指数据管理单元I对第一存储模块4进行一次写入或擦除操作时在第一存储模块4中均以一个字节的数据量进行操作。
[0031]数据管理单元I将待存储数据中的在存储完成后仍需要被改写则将待存储数据存储到第一存储模块4，当已被存储到第一存储模块4中的数据需要被改写时，数据管理单元I可以直接控制第一存储模块4直接将该数据进行逐字节地擦除，并直接将新的数据逐字地写入到第一存储模块4中。这样数据管理单元对第一存储模块4的中的数据进行改写时所占用的处理器和内存的资源少，并且第二存储模块4选用大容量的存储器时可以储存完成后不需要修改的数据，第二存储模块的选择范围大。
[0032]第一存储模块4优选为铁电存储器(以下简称FRAM)。FRAM是一种随机存储器，单个实体储存单元可进行十亿次以上擦写操作，并且擦写速度极快，处理器对FRAM的存取和擦除操作非常快，。FRAM保持数据不需要电压，支持可靠的数据掉电保存，为非易失性存储器。FRAM支持直接以字节为单位进行写入操作和擦除操作。但是现有的FRAM的存储容量比较小，无法储存大量的数据。
[0033]第二存储模块5优选为NAND Flash, NAND Flash的存储容量大，读取和写入数据的速度比较快，且较为经济。
[0034]在本实施例中，分离储存的装置还包括连接于数据管理单元I的转储模块6。转储模块6外接于外部设备，转储模块6用于为第一存储模块4和第二存储模块5向外部目标设备传送数据提供接口。转储模块6优选为以太网接口。数据管理单元I可以根据转储的请求将第一存储模块4和第二存储模块5中的数据通过以太网转储接口转存到外部目标设备中。
[0035]需要在这里说明的是，第一存储模块4可以用以字节为单位擦除数据的非易失性存储器代替，例如，相变存储器、EEPROM(带电可擦写可编程只读存储器)等。第二存储模块5可以用可写入的非易失性的大容量储存器代替，例如，外部存储器中的硬盘、U盘、磁带、可写入型光盘等。
[0036]在本实施例中，数据管理单元I采用数据分离存储存的方法对待存储数据进行储存和管理。图2示意性地表示出了步骤B的流程。
[0037]数据分离存储存的方法包括以下步骤:
[0038]步骤A:建立将存储完成后仍需要被改写的数据写入到非易失性的且支持以字节为单位写入和擦除数据的第一存储模块4的第一映射关系，建立存储完成后不需要被改写的数据写入到第二存储模块5的第二映射关系。
[0039]步骤B:接收待存储数据，根据待储存数据的内容，判断待存储数据为在存储完成后仍需要被改写的数据还是在存储完成后不需要被改写的数据，若待存储数据为在存储完成后仍需要被改写的数据则根据第一映射关系储存到第一存储模块4，若待存储数据为在存储完成后不需要被改写的数据则根据第二映射关系储存到第二存储模块5。
[0040]数据管理单元I对在存储完成后仍需要被改写的数据和在存储完成后不需要被改写数据进行统一管理，形成完整的存储文件，数据管理单元I以管理存储文件的形式来管理存储在存储文件中的数据。
[0041]存储文件包括文件属性和文件内容。文件属性包括文件的名称、所有者、存取权限、文件长度、创建及修改时间、磁盘存储地址等信息。文件内容则是除文件属性外的且有特定意义的信息。在本实施例中，文件内容为采集模块向数据管理单元传递的待存储数据，并且该待存储数据被编码成了连续的二进制字符串。
[0042]数据分离存储存的方法还包括步骤B之前的且用于建立存储文件的预步骤C、预步骤D、预步骤E,
[0043]预步骤C:在第一存储模块4中创建文件目录区，将文件目录区内划分成若干节点，向各个节点分配对应的节点号。
[0044]在第一存储模块4的物理存储介质上划分一块区域作为文件目录区。将文件目录区划分成若干个容量相同的物理存储单元，单个物理存储单元即为一个节点，然后向各个物理存储单元分配不同的编号，该编号即为节点号。
[0045]预步骤D:将储存文件的文件名与节点相关联。
[0046]创建一个存储文件的文件名，将该文件名存储到节点中，这样就将文件名和节点号关联起来。在该步骤中还可以向节点中存储文件属性信息，文件属性信息包括文件的名称、所有者、存取权限、文件长度、创建及修改时间等。
[0047]预步骤E:在节点中储存第一映射表和第二映射表，第一映射表用于记录储存到第一存储模块4的数据的存储映射，第二映射表用于记录储存到第二存储模块5的数据的存储映射。建立将储存到第一存储模块4中的数据的存储映射写入到第一映射表的第一存储映射关系，建立将储存到第二存储模块5中的数据的存储映射写入到第二映射表的第二存储映射关系。
[0048]存储映射为指向储存了该数据的存储元件的路径信息，数据管理单元I可以跟据该路径信息读取储存在相应的存储元件中的数据。在节点中储存第一映射表和第二映射表，第一映射表按待存储数据存储的先后顺序记录储存到第一存储模块4的数据的存储映射，第二映射表按待存储数据存储的先后顺序记录储存到第二存储模块5的数据的存储映射。
[0049]数据分离存储存的方法还包括在步骤B之后的步骤G:对第一存储映射关系或第二存储映射关系进行维护。即若待存储数据储存到第一存储模块4后，按第一存储映射关系向第一映射表中写入该数据的存储映射，若待存储数据储存到第二存储模块5后，按第二存储映射关系向第二映射表中写入该数据的存储映射。
[0050]数据分离存储存的方法还包括步骤H:根据转储存请求来读取第一存储模块4和第二存储模块5中所储存的数据，并将该数据转存至外部目标设备。
[0051]转储存请求方可以发送对存储文件的转储存请求，转储存请求为将指定的一个存储文件的文件内容通过转储模块6发送到外部目标设备，转储存请求方可以是上位机。数据管理单元I根据转储存请求提取文件目录区中的信息，按节点号的顺序依次访问节点内的文件名，直到读取节点内的文件名与转储存请求中的文件名相同，然后提取该节点内的第一映射表和第二映射表，按顺序依次访问第一映射表和第二映射表中的存储映射，并跟据这些存储映射读取第一存储模块4和第二存储模块5内的数据，然后将这些数据通过转储模块6发送到外部目标设备。
[0052]虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在冲突，所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
【权利要求】
1.一种数据分离储存的装置，包括数据管理单元，以及分别连接于数据管理单元的采集模块、非易失性的且支持以字节为单位写入和擦除数据的第一存储模块、非易失性的第二存储模块，其中: 采集模块用于将待存储数据输入到数据管理单元； 数据管理单元用于判断待存储数据在存储完成后是否需要被改写，若待存储数据在存储完成后仍需要被改写则将待存储数据存储到第一存储模块，若待存储数据在存储完成后不需要被改写则将待存储数据存储到第二存储模块。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括连接于数据管理单元和外部目标设备的转储模块，数据管理单元还用于根据转储存的请求将储存在第一存储模块和第二存储模块中的数据通过转储模块发送至外部目标设备。
3.根据权利要求1或2中所述的装置，其特征在于，第二存储模块的存储容量大于或等于存储到第二存储模块中的待存储数据的总量。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，第一存储模块为铁电存储器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，第二存储模块为NAND型闪存储存器。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，第二存储模块为外部存储器。
7.一种数据分离存储的方法，包括: 步骤A:建立将存储完成后仍需要被改写的数据写入到非易失性的且支持以字节为单位写入和擦除数据的第一存储模块的第一映射关系，建立存储完成后不需要被改写的数据写入到第二存储模块的第二映射关系； 步骤B:接收待存储数据，根据待存储数据的内容，判断待存储数据为在存储完成后仍需要被改写的数据还是在存储完成后不需要被改写的数据，若待存储数据为在存储完成后仍需要被改写的数据则根据第一映射关系储存到的第一存储模块，若待存储数据为在存储完成后不需要被改写的数据则根据第二映射关系储存到第二存储模块。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤B之前的预步骤C、预步骤D、预步骤E, 预步骤C:在第一存储模块中创建文件目录区，将文件目录区划分成内若干节点，向各个节点分配对应的节点号， 预步骤D:将储存文件的文件名与节点相关联， 预步骤E:在节点中储存第一映射表和第二映射表，第一映射表用于记录储存到第一存储模块的数据的存储映射，第二映射表用于记录储存到第二存储模块的数据的存储映射。建立将储存到第一存储模块中的数据的存储映射写入到第一映射表的第一存储映射关系，建立将储存到第二存储模块中的数据的存储映射写入到第二映射表的第二存储映射关系O
9.根据权利要求8的所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤G:对第一存储映射关系或第二存储映射关系进行维护。
10.根据权利要求7至9中任一项的所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤H:根据转储存请求来读取第一存储模块和第二存储模块中所储存的数据，并将该数据转存至外部目标设备。
【文档编号】G06F12/02GK104281536SQ201410507485
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】郑鸿昌, 王业流, 张舒晋, 付雪飞, 冯亮, 胡嗣钦, 吴笑馨, 张艳 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司