LPC5500系列Flash变身微型数据库-移植FlashDB组件

NXP管管 · 发表于 2021-3-12 18:16:04

LPC5500系列Flash变身微型数据库-移植FlashDB组件

LPC5500系列是NXP推出的基于Arm® Cortex® -M33的全新系列MCU，内嵌最高可达640KB的Flash存储空间，其内部Flash由多个页组成，每页大小为512字节，可以单独擦除/编程。用户的可执行程序从FLASH的起始地址0x0000_0000开始存放，其擦写寿命可达10W次。

闪存控制器在读数据的时候，支持预取缓冲器加速。
如果用户的程序代码没有占满全部Flash空间，那我们可以利用剩下的Flash空间来当数据存储器使用，这些空间可以存储一些用户配置，运行记录等，同时对于存储数据量不大的情况，可以省去外部存储芯片，节约成本。
但是这类应用却暗藏小玄机：Flash不比EEPROM，它的擦写寿命有限，即使是LPC5500系列的可以达到擦写10W次的Flash，还是比不过EEPROM的擦写寿命，所以这就需要磨损平衡算法。
同时，如果用户正在调用Flash函数进行擦写时掉电，则还需要额外的软件逻辑来进行掉电保护。这些问题其实是非常通用的需求，所以必然就会有通用的开源解决方案。
这篇文章就为大家介绍一个网上很流行的，适用于MCU的Flash微型数据库软件—FlashDB。

LPC5500系列Flash介绍

所有LPC5500系列的Flash的扇区(Sector)大小为32KB(可一次擦除32KB)

所有LPC5500系列的Flash的页(Page)大小为512字节(一次擦除/编程的最小单位)
下面这张表是数据手册中的Flash重要性能参数：

从表中可以看到，LPC55S69的Flash擦写寿命均可达到10W次，尤其出色的是Flash擦写时间，写一个页(512字节)的时间只有1ms。擦一个页(512)字节的时间只有2ms。这两项指标超过市面大部分同类产品。

LPC5500系列的SDK API设计非常统一，型号间的迁移成本基本为零。所以这篇文章不再区分LPC5500系列中的具体型号，并以最早的LPC55S69作为实验平台。
如果您想迁移到LPC5500的其他系列上，只要更换SDK即可，SDK中的API函数几乎都是一样的。

FlashDB介绍

FlashDB是网友Armink，针对小型嵌入式设备开发的一款超轻量级的嵌入式数据库，专注于提供嵌入式产品的数据存储方案。

与传统的基于文件系统的数据库不同，FlashDB 结合了Flash的特性，具有较强的性能及可靠性。并在保证极低的资源占用前提下，尽可能延长Flash使用寿命。它是之前的开源项目EasyFlash的全新升级版本。
地址：https://github.com/armink/FlashDB
文档：https://armink.github.io/FlashDB/#/

FlashDB 提供两种数据库模式：
键值数据库：是一种非关系数据库，它将数据存储为键值（Key-Value）对集合，其中键作为唯一标识符。KVDB 操作简洁，可扩展性强。

时序数据库：时间序列数据库（Time Series Database, 简称 TSDB），它将数据按照时间顺序存储。TSDB具有时间戳，数据存储量大，插入及查询性能高。

关于FlashDB的介绍在FlashDB的中文文档页上有非常全面的描述，本文就不再赘述了。下面我们正式开始移植工作。

FlashDB移植

准备工作
硬件：LPCXpresso55S69EVK
软件：Keil IDE
SDK：从NXP官网 (https://mcuxpresso.nxp.com/en/dashboard)下载LPC55S69的SDK 包：SDK_2.9.0_LPCXpresso55S69

下载FlashDB，添加源码到工程树

在https://github.com/armink/FlashDB上下载FlashDB 源代码。
FlashDB的源代码结构很简单，只需要把src/port添加到工程路径中，把inc头文件添加到IDE搜索路径中即可。

如下图所示添加源文件(和 example例程)：

其中fal_flash_lpc55s69.c是自己创建的文件，负责对接FlashDB的底层Flash接口。
这里提一下，FlashDB底层Flash对接依赖另一个叫做fal的中间件。也就是薄薄的一层，把Flash抽象封装一下，关于fal的介绍在这里：
http://packages.rt-thread.org/detail.html?package=fal

对接底层Flash操作接口
FlashDB(fal)的底层Flash对接接口非常简单。用户只需要根据自己的Flash情况分别实现 init, read, write, erase这些操作函数即可，API说明如下图：

对于LPC5500系列Flash操作不熟悉的朋友可以参见SDK中的Flash操作example:

\lpcxpresso55s69\driver_examples\flashiap

1，Init 函数
定义全局的Flash操作句柄，并在init中调用flash初始化函数FLASH_Init。

2，read函数
注意这里是使用专门的API: FLASH_Read函数来读取Flash数据，没有用CPU直接寻址访问。这样可避免CPU直接读取空Flash造成HardFault的问题。

3，Erase函数

没啥可说的，常规操作：

4，Write函数

写函数稍微有点复杂，因为LPC的写入最小单位和擦除最小单位同为页(512字节)。所以写之前要先判断需要写的页是不是已经被擦除的，如果不是的话，需要先把原来的数据读到RAM中，然后修改数据，然后擦除这个页再写入:

以上就是Flash底层对接的全部内容了。

测试

将底层对接好后，在main中编写一些简单的测试例程，可以参见FlashDB中的example目录中的文件。
这里我们只测试KV(key-value)型数据库的功能。

在main中，我们定义了boot_count作为每次启动的计数器，每次复位后，该值从数据库中读取，然后自加1，并存入数据库。

在main中，我们初始化FlashDB组件，对接底层Flash并且运行FlashDB自带的KV测试测试例程：

加入这些代码后，重新编译工程，并且下载运行：

每次复位后，串口都会打印FlashDB example的log信息。可以看到boot_count的值随着每次复位都递增，验证了FlashDB移植是没有问题的。

总结

这篇小文介绍了LPC5500系列Flash的参数性能以及如何移植开源嵌入式数据库软件FlashDB，希望对大家有所帮助。

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