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[置顶] Z-STACK之OSAL_Nv非易失性存储解读上

2013-04-05 12:29 295 查看
本章解读Z-STACK中关于Nv操作的源码,以及z-stack中Nv的使用!

在Z-STACK中Nv存储器主要用于保存网络的配置参数,如网络地址,使 系统在掉电重启仍然能读取一些参数,自动加入到原来的网络中,这样其网络地址没有变化!

在z-stack中,每一个参数的配置对应的是一个Nv条目(item),每一个item都有自己的ID,z-stack中使用的条目ID范围如下:

0x0000 保留

0x0001~0x0020 操作系统抽象层(OSAL)

0x0021~0x0040 网络层(NWK)

0x0041~0x0060 应用程序支持子层(APS)

0x0061~0x0080 安全(Security)

0x0081~0x00A0 Zigbee设备对象(ZDO)

0x00A1~0x0200 保留

0x0201~0x0FFF 应用程序

0x1000~0xFFFF 保留

如果是我们自己的应用程序中需要使用Nv,则定义其ID在0x0201~0x0FFF 范围内!

Z-STACK真正提供给用户使用的是五个函数:(在OSAL_Nv.h中声明)

1 void osal_nv_init( void *p );

2 uint8 osal_nv_item_init( uint16 id, uint16 len, void *buf );

3 uint8 osal_nv_read( uint16 id, uint16 offset, uint16 len, void *buf );

4 uint8 osal_nv_write( uint16 id, uint16 offset, uint16 len, void *buf );

5 uint16 osal_nv_item_len( uint16 id );

第1个函数在系统初始化的时候被调用,我们在应用程序中不用管!

第2个函数是我们在使用Nv时,初始化某个条目,如osal_nv_item_init(TEST_NV,1,NULL);

第3个函数是Nv读取某一个条目的数据,将其存储在buf中

第4个函数创建一个Nv条目(如果条目的ID不存在,如果存在,就将原来的item数据部分覆盖),并向其中写入数据

第5个函数是查询某一个item的数据长度。

真正我们使用的是第2~4个函数。使用如下:

unsigned char value_read;

unsigned char value = 0x18;

osal_nv_item_init(TEST_NV,1,NULL);//NULL表示初始化的时候,item数据部分为空

osal_nv_item_write(TEST_NV,0,1,&value);

osal_nv_item_read(TEST_NV,0,1,&value_read);

value_read的值便是0x18,记住在write之前必须要初始化item,即调用osal_nv_item_init函数

下面我们打开OSAL_Nv.c源文件,通过分析源代码,就知道Z-STACK是如何抽象的封装出以上几个API,这对我们以后写程序还是很有帮助的!

在解读源码之前,必须要知道存储Nv条目的6个page如何存储Nv的,即其item在page中的结构和布局!

首先每一个page都有一个osalNvPgHdr_t结构体的头

typedef struct
{
uint16 active;
uint16 inUse;
uint16 xfer;
uint16 spare;
} osalNvPgHdr_t; 其中的几个成员稍后在做解释!

在这8个字节的page头部之后才是item的存储位置。而每一个item都有一个8字节的头部

typedef struct
{
uint16 id;
uint16 len; // Enforce Flash-WORD size on len.
uint16 chk; // Byte-wise checksum of the 'len' data bytes of the item.
uint16 stat; // Item status.
} osalNvHdr_t; 从后面注释就知道了每一个成员变量的含义

然后我们还必须得知道几个全局变量和数组的含义:OSAL_NV_PAGES_USED值为6,即6个page

uint16 pgOff[OSAL_NV_PAGES_USED];

Offset into the page of the first available erased space. 每一个page的可用数据的偏移量

uint16 pgLost[OSAL_NV_PAGES_USED];

Count of the bytes lost for the zeroed-out items. 为0数据的item的字节

uint8 pgRes;

Page reserved for item compacting transfer. item 压缩传输的 保留page

uint8 findPg;

Saving ~100 code bytes to move a uint8* parameter/return value from findItem() to a global.

用一个全局变量能节省100字节的空间,指示某一个item对应的page

uint8 failF; 这个变量最用最后再解释!

在系统初始的时候调用osal_nv_init函数,它有调用initNV()函数,这个函数的作用就是初始化NV flash page,那在初始化中都做了什么呢?

for ( pg = OSAL_NV_PAGE_BEG; pg <= OSAL_NV_PAGE_END; pg++ )
{
HalFlashRead(pg, OSAL_NV_PAGE_HDR_OFFSET, (uint8 *)(&pgHdr), OSAL_NV_HDR_SIZE);

if ( pgHdr.active == OSAL_NV_ERASED_ID )
{
if ( pgRes == OSAL_NV_PAGE_NULL )
{
pgRes = pg;
}
else
{
setPageUse( pg, TRUE );
}
}
else // Page is active.
{
// If the page is not yet in use, it is the tgt of items from an xfer.
if ( pgHdr.inUse == OSAL_NV_ERASED_ID )
{
newPg = pg;
}
// An Xfer from this page was in progress.
else if ( pgHdr.xfer != OSAL_NV_ERASED_ID )
{
oldPg = pg;
}
}

// Calculate page offset and lost bytes - any "old" item triggers an N^2 re-scan from start.
if ( initPage( pg, OSAL_NV_ITEM_NULL, findDups ) != OSAL_NV_ITEM_NULL )
{
findDups = TRUE;
pg = OSAL_NV_PAGE_BEG-1;
continue;
}

}

先看看这个for循环,循环每一个page,然后读取其page头部存储在pgHdr中,①如果其active成员为
OSAL_NV_ERASED_ID(0xFFFF),表示此page还没有被激活(想想我们的flash中没写的数据每一位为1,一字节就为0xFF,active占2个字节)。如果此页没有激活,且此时pgRes为OSAL_NV_PAGE_NULL(0),则我们不激活此page,而是将此页作为后面压缩的保留页,如果pgRes不为0,即已经有了保留页,则将此page激活,且使此页投入以后使用中,调用setPageUse( pg, TRUE );我们看看这个函数

osalNvPgHdr_t pgHdr;

pgHdr.active = OSAL_NV_ZEROED_ID;

if ( inUse )
{
pgHdr.inUse = OSAL_NV_ZEROED_ID;
}
else
{
pgHdr.inUse = OSAL_NV_ERASED_ID;
}

writeWord( pg, OSAL_NV_PAGE_HDR_OFFSET, (uint8*)(&pgHdr) );

调用此函数激活page,即使active为OSAL_NV_ZEROED_ID为0x0000,如果inUse为TRUE,则置其inUse为OSAL_NV_ZEROED_ID(0x0000),表示此页投入使用中!否则置为OSAL_NV_ERASED_ID(0xFFFF),表示弃用该页!最后调用writeWord,将pgHdr头写进page的头部位置!

①(与上面的①对应,表示if和else)

如果该page 的active为OSAL_NV_ZEROED_ID(0x0000),此page 为激活状态,此时检查此page是否投入使用中,如果其inUse为OSAL_NV_ERASED_ID(0xFFFF),即没有投入到使用中,那么If the page is not yet in use, it is the tgt of items from an xfer.//将其作为后面压缩传输的目标,即使newPg = pg;

如果此页的xfer不为OSAL_NV_ERASED_ID(0xFFFF),表明其处于Xfer的过程中,(有时候机器意外断电,而此时刚好有page在Xfer过程,那么page的xfer位就为非0xFFFF,即0x0000)。这个时候 我们使 oldPg = pg;

然后调用了initPage( pg, OSAL_NV_ITEM_NULL, findDups ),这个函数有什么用呢?我们先看其代码:

static uint16 initPage( uint8 pg, uint16 id, uint8 findDups )
{
uint16 offset = OSAL_NV_PAGE_HDR_SIZE;
uint16 sz, lost = 0;
osalNvHdr_t hdr;

do
{
HalFlashRead(pg, offset, (uint8 *)(&hdr), OSAL_NV_HDR_SIZE);

if ( hdr.id == OSAL_NV_ERASED_ID )
{
break;
}
offset += OSAL_NV_HDR_SIZE;
sz = OSAL_NV_DATA_SIZE( hdr.len );

if ( (offset + sz) > OSAL_NV_PAGE_FREE )
{
lost += (OSAL_NV_PAGE_FREE - offset + OSAL_NV_HDR_SIZE);
offset = OSAL_NV_PAGE_FREE;
break;
}

if ( hdr.id != OSAL_NV_ZEROED_ID )
{
if ( id != OSAL_NV_ITEM_NULL )
{
if ( (id & 0x7fff) == hdr.id )
{
if ( (((id & OSAL_NV_SOURCE_ID) == 0) && (hdr.stat == OSAL_NV_ERASED_ID)) ||
(((id & OSAL_NV_SOURCE_ID) != 0) && (hdr.stat != OSAL_NV_ERASED_ID)) )
{
return offset;
}
}
}
else
{
if ( hdr.chk == calcChkF( pg, offset, hdr.len ) )
{
if ( findDups )
{
if ( hdr.stat == OSAL_NV_ERASED_ID )
{
uint16 off = findItem( (hdr.id | OSAL_NV_SOURCE_ID) );

if ( off != OSAL_NV_ITEM_NULL )
{
setItem( findPg, off, eNvZero ); // Mark old duplicate as invalid.
}
}
}
else if ( hdr.stat != OSAL_NV_ERASED_ID )
{
return OSAL_NV_ERASED_ID;
}
}
else
{
setItem( pg, offset, eNvZero ); // Mark bad checksum as invalid.
lost += (OSAL_NV_HDR_SIZE + sz);
}
}
}
else
{
lost += (OSAL_NV_HDR_SIZE + sz);
}
offset += sz;

} while ( TRUE );

pgOff[pg - OSAL_NV_PAGE_BEG] = offset;
pgLost[pg - OSAL_NV_PAGE_BEG] = lost;

return OSAL_NV_ITEM_NULL;
}

代码有点长!其实这个函数的最用通过注释就知道了,Walk the page items; calculate checksums, lost bytes & page offset. 对于某个page,逐个item地计算其checksums,lost bytes,然后计算page offset!再看下其返回值

If 'id' is non-NULL and good checksums are found, return the offset of the data corresponding to item Id; else OSAL_NV_ITEM_NULL. 如果id值不为0,且校验和正确就返回和此item的数据的偏移量,否则返回OSAL_NV_ITEM_NULL(0)

那么在initNV的for循环中

if ( initPage( pg, OSAL_NV_ITEM_NULL, findDups ) != OSAL_NV_ITEM_NULL )
{
findDups = TRUE;
pg = OSAL_NV_PAGE_BEG-1;
continue;
}

这个if语句干什么的呢?知道了initPage的返回值,不难理解其用途!如果if为真,即initPage返回的值为OSAL_NV_ERASED_ID(0xFFFF)

initPage执行到下面一句

else if ( hdr.stat != OSAL_NV_ERASED_ID )
{
return OSAL_NV_ERASED_ID;
}

此时Any "old" item immediately exits and triggers the N^2 exhaustive initialization.为什么呢?因为如果是id为0,那么该处的hdr.stat值应该为0xFFFF,如果某种意外情况导致其不为0xFFFF,则说明出了问题,得重新去初始化所有的item(即检查他们的头部)

回归到上面,如果initPage返回值为OSAL_NV_ERASED_ID(0xFFFF),则

findDups = TRUE;
pg = OSAL_NV_PAGE_BEG-1;
continue;

置findDups为TRUE,那么在下次调用initPage的时候就会去初始化所有item,然后pg =OSAL_NV_PAGE_BEG-1

for循环从开头执行! 这就是for循环中的代码,重要的是记住newPg 和oldPg ;

接下来

if ( newPg != OSAL_NV_PAGE_NULL )
{
if ( pgRes != OSAL_NV_PAGE_NULL )
{
setPageUse( newPg, TRUE );
}
else if ( oldPg != OSAL_NV_PAGE_NULL )
{
pgRes = newPg;
}

if ( oldPg != OSAL_NV_PAGE_NULL )
{
compactPage( oldPg );
}

}

newPage保存的是inUse为OSAL_NV_ERASED_ID(0xFFFF)即还没有投入使用中的页,如果有这样的page,我们再进行下一步判断pgRes,如果其值不为OSAL_NV_PAGE_NULL,即保留了某一个page为compact xfer page。

这个时候调用setPageUse( newPg, TRUE );即使其inUse为OSAL_NV_ZEROED_ID(0x0000),此页将投入使用中。如果pgReg为OSAL_NV_PAGE_NULL(此时所有的page均激活了),且某一页其xfer为OSAL_NV_ZEROED_ID,其保存在oldPg中,此时们将newPg 赋值给pgRes,即将newPg作为compact的保留page(此时newPg没有投入使用中),接下来如果oldPg中保存了xfer被打断了的page,则调用compactPage( oldPg ),将其进行压缩!

有这段注释:

/* If a page compaction was interrupted and the page being compacted is not
* yet erased, then there may be items remaining to xfer before erasing.
*/

看下这个函数代码:

static void compactPage( uint8 srcPg )
{
uint16 dstOff = pgOff[pgRes-OSAL_NV_PAGE_BEG];
uint16 srcOff = OSAL_NV_ZEROED_ID;
osalNvHdr_t hdr;
writeWordH( srcPg, OSAL_NV_PG_XFER, (uint8*)(&srcOff) );

srcOff = OSAL_NV_PAGE_HDR_SIZE;

do
{
uint16 sz;
HalFlashRead(srcPg, srcOff, (uint8 *)(&hdr), OSAL_NV_HDR_SIZE);

if ( hdr.id == OSAL_NV_ERASED_ID )
{
break;
}

srcOff += OSAL_NV_HDR_SIZE;

if ( (srcOff + hdr.len) > OSAL_NV_PAGE_FREE )
{
break;
}

sz = OSAL_NV_DATA_SIZE( hdr.len );

if ( hdr.id != OSAL_NV_ZEROED_ID )
{
if ( hdr.chk == calcChkF( srcPg, srcOff, hdr.len ) )
{
setItem( srcPg, srcOff, eNvXfer );
writeBuf( pgRes, dstOff, OSAL_NV_HDR_SIZE, (byte *)(&hdr) );
dstOff += OSAL_NV_HDR_SIZE;
xferBuf( srcPg, srcOff, pgRes, dstOff, sz );
dstOff += sz;
}

setItem( srcPg, srcOff, eNvZero ); // Mark old location as invalid.
}

srcOff += sz;

} while ( TRUE );

pgOff[pgRes-OSAL_NV_PAGE_BEG] = dstOff;
erasePage( srcPg );

setPageUse( pgRes, TRUE );
pgRes = srcPg;
}

首先 Mark page as being in process of compaction. 标志该页正在压缩处理中!

然后依次读取srcPg中的每一个item,然后对每一个item进行处理,处理过程如下:

1,如果item的id不为OSAL_NV_ZEROED_ID(0x0000),如果id为0x0000,则直接跳到步骤4

对其进行和校验,如果正确的话转下一步,如果不正确转到步骤3

2,调用setItem( srcPg, srcOff, eNvXfer );设置item 的状态位为激活状态,即使其stat位为OSAL_NV_ACTIVE(0x00),然后调用writeBuf( pgRes, dstOff, OSAL_NV_HDR_SIZE, (byte *)(&hdr) );将该item头部八字节写进pgRes页的dstOff处,此页为保留页,记住此时我们已经从前面的步骤中划分出了一个page为pgRes。最后调用xferBuf( srcPg, srcOff, pgRes, dstOff, sz );将该item的数据部分从srcPg中转移到pgRes中,其中sz为item的数据长度。转下一步

3,调用setItem( srcPg, srcOff, eNvZero );标记srcPg中这些被转移的item为invalid,即将他们的id全部置0,函数中最后调整了pgLost数组中该page的lost bytes,即为该item的数据长度!

4,调整srcOff, srcOff += sz;即指向下一个srcPg的item。

经过上述步骤,就处理完了srcPg中的所有item,将他们都转移到pgRes中,其实就是压缩的是其中那些id为0x0000的item。

pgOff[pgRes-OSAL_NV_PAGE_BEG] = dstOff;调整pgRes的pgOff;

erasePage( srcPg );擦出被compact的page,

setPageUse( pgRes, TRUE ); // Mark the reserve page as being in use.

pgRes = srcPg; // Set the reserve page to be the newly erased page.

这样compactPage就完成了,还记得它前后完成的工作吧!

继续回到initNV函数最后一个if语句:

if ( pgRes == OSAL_NV_PAGE_NULL )
{
for ( pg = OSAL_NV_PAGE_BEG; pg <= OSAL_NV_PAGE_END; pg++ )
{
erasePage( pg );
}
initNV();
}

/* If no page met the criteria to be the reserve page:
* - A compactPage() failed or board reset before doing so.
* - Perhaps the user changed which Flash pages are dedicated to NV and downloaded the code
* without erasing Flash?
*/

如果没有一个page满足“标准”称为the reserve page 那么将所有Nv page擦出掉,然后重新初始化NV。

至此initNV()函数完成!
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