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IC卡數(shù)據(jù)循環(huán)存儲及文件管理
摘要：一種I2C總線型EEPROM存儲器，在數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)中，用來保存當前時刻以前一段時間內(nèi)的多組數(shù)據(jù)。使用時設計成首尾地址相接的環(huán)型存儲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)文件的循環(huán)存儲。文章介紹循環(huán)存儲器的結(jié)構(gòu)、循環(huán)存儲的實現(xiàn)方法以及文件管理的過程；指出該方法的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞：EEPROM循環(huán)存儲I2C總線IC卡
絕大多數(shù)的IC卡采用的都是I2C總線型的EEPROM存儲器。在現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)中，經(jīng)常需要保存的是當前時刻之前一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)。由于EEPROM單字節(jié)寫入時間太長，不易采用數(shù)據(jù)在存儲器中內(nèi)整體位置移動的方法管理；而單純采用自存儲器頂端向下順序?qū)懭氲姆椒�，會出現(xiàn)存儲器寫滿的現(xiàn)象。為解決這個問題，我們設計了環(huán)型存儲的管理方法，使用首尾相接的存儲環(huán)，配合以目錄管理功能，完成順的循環(huán)寫入，實現(xiàn)了EEPROM存儲器內(nèi)文件的的高效保存和管理。
1存儲器及文件目錄結(jié)構(gòu)
這里以1片4KB的I2C總線型EEPROM為例。微處理器采用Atmel的AT89S52；EEPROM的0000H～003FH作為IC卡內(nèi)文件的目錄管理區(qū)，為直線結(jié)構(gòu)；目錄區(qū)最多可以記錄30個數(shù)據(jù)文件。存儲器及目錄結(jié)構(gòu)如圖1所示。0040H～0FFFH設計成首尾相接的環(huán)型存儲結(jié)構(gòu)，用來作為文件存儲區(qū)。數(shù)據(jù)文件從0040H處開始依次記入，每寫入一個字節(jié)，地址指針自動加1，然后判斷該指針是否到了存儲環(huán)的交界處。地址過界，即地址大于0FFFH時，將寫入地址指針再修改成0040H，將最早形成的文件記錄自動覆蓋掉。AT89S52內(nèi)部RAM的40H～7FH作為EEPROM文件目錄區(qū)的映像，系統(tǒng)復位后由單片機將EEPRM中0000H～003FH的內(nèi)容讀出并記入到該映像區(qū)。每一組現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為一個記錄文件輸入后，單片機都要及時修改目錄映像中當前文件的結(jié)束地址。每建立一個新文件記錄，映像區(qū)整個數(shù)據(jù)都要向地址增大方向移動2個字節(jié)，超出7DH的自動丟棄。新建立的文件首位地址記入40H～43H，最后將該映像再重新寫回到EEPROM目錄區(qū)。文件目錄中只有當前文件記錄了起始地址和結(jié)束地址。當前文件的起始地址是前一文件結(jié)束地址的下一個地址，因此在前文件只記錄其起始地址。目錄區(qū)沒有文件的空間用#0FFH填充。另外，每一個文件的長度不應超過文件數(shù)據(jù)存儲區(qū)的總長度。單個文件的長度越短，存儲器可存儲的文件數(shù)越多。存儲器的大小可視一般記錄文件和系統(tǒng)要求而定。
2存儲器清除及文件建立
在IC卡第一次使用之前，首先應該通過功能程序?qū)⒖▋?nèi)目錄管理區(qū)清空，即將0000H～003DH寫入#0FFH.。003EH寫入#00H，表示卡內(nèi)沒有文件。003FH寫入自定義的卡編寫，這一過程需要0.6s完成。只有使用經(jīng)過初始清除處理的IC卡，才能保證后續(xù)文件建立和數(shù)據(jù)寫入的正確性。
文件的建立依賴于系統(tǒng)的功能指令。當系統(tǒng)得到建立新文件的指令時，立即啟動新文件建立程序，完成文件起始地址配置以及目錄區(qū)管理，具體過程見圖2。
圖2
3文件寫入及目錄管理
文件數(shù)據(jù)的寫入按照I2C總線規(guī)約逐字節(jié)寫入。特殊之處在于，每寫完一個字節(jié)之后，地址指針加1，調(diào)整后的指針如果超過0FFFH，則重新高速為0040H，這將意味著“吃掉“（覆蓋掉）最早建立的文件或其它在前文件。這里，通過目錄管理了程序找出被“吃掉”的文件，并將從目錄中刪除。由于在所選用存儲時已經(jīng)有效使存儲空間遠大于單個文件的長度，因此不會出現(xiàn)同一個文件“吃掉”自身的情況。只有當多個文件的總長度超過存儲空間時，才會出現(xiàn)在前文件被“吃掉”的現(xiàn)象。不過，被吃掉的文件永遠是最早形成的文件，是按照系統(tǒng)設計已經(jīng)可以丟棄的文件。
目錄管理的主要功能是：實時統(tǒng)計IC卡內(nèi)實際文件的數(shù)量，記載新建立的文件，及時刪除已經(jīng)被覆蓋掉的文件。文件檢索過程只有目錄映像區(qū)進行，根據(jù)文件目錄映像區(qū)的結(jié)構(gòu)，讀出所有已記錄的在前文件的地址，與當前文件地址比較。如果所檢查的在前文件地址進入當前文件首尾地址范圍內(nèi)，則認定為該文件已經(jīng)被當前文件覆蓋，應用從目錄中刪除。
由于存儲器空間被安排成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，會出現(xiàn)當前文件的結(jié)尾地址大于開始地址的情況，因此不能簡單地根據(jù)地址的絕對大小判斷覆蓋問題。考慮到單一文件的長度遠小于存儲數(shù)據(jù)空間，以及目錄映像區(qū)文件次序的前后排列關(guān)系，我們采取自前一文件到最早文件的次序檢索方法。如果遇到某個文件被覆蓋，則后續(xù)文件一定被覆蓋。由于在前文件的起始地址存在大于或小于當前文件結(jié)尾地址的情況，因此應分兩種情況進行分析，統(tǒng)計出有效文件的數(shù)量并找到到被覆蓋的文件，將其從目錄中刪除，過程見圖3。R2為文件數(shù)量計數(shù)器，初值為零。
圖3
結(jié)語
EEPROM循環(huán)寫入的方法避免了大塊數(shù)據(jù)在存儲器內(nèi)移動的問題，同時消除了存儲器寫滿后影響后續(xù)寫入的問題，充分使用了存儲空間；文件檢索和目錄修改在RAM映像區(qū)完成，加快了程序運行速度。循環(huán)寫入方案在運達公司一種記錄棋譜的電子棋盤中已經(jīng)得到了應用，實用可靠。此方法在類似產(chǎn)品或記錄設備中具有相當?shù)膶嵱脙r值。
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