FDS的掉电分析

如果芯片在上一次操作Flash时遭遇了意外掉电 ，会发生什么呢？

1. 写入过程掉电

一个Record的写入按照如下顺序执行：

1. TL Part
2. ID Part
3. Content
4. IC Part

如果在前三步意外掉电，IC Part由于没有开始写入，所以File ID仍然是原始值0xFFFF。

File ID = 0xFFFF的数据也会被视为脏数据，在读取、更新、删除操作的时候，脏数据会被忽略。GC 过程会删除脏数据，收回空间。

如果在第四步掉电，IC Part有两种可能：

• 写入失败：File ID仍然是0xFFFF，情况同上
• 写入错误：CRC 校验将无法通过，应用代码可以得知

所以一旦我们开启了CRC校验，即可解决第四步出现的意外掉电情况。

（经过我有限的测试，在第四步掉电时，只遇到“写入失败”，完全没有遇到“写入错误”，一个猜测是芯片电源管脚上的电容余电保护Flash将单个Word写入完毕。）

2. 删除、更新过程掉电

FDS 的删除操作实际是将Record Key写成0x0000，使该数据成为脏数据。所以删除操作本质上仍然是写操作。

如果写Record Key失败，它并未变成0x0000，那么下次运行时FDS 会把它识别成有效数据。应用层程序应该有意识的去处理这种“删除失败”的情况。

更新操作实际是先删除原数据，再写入新数据。它的掉电情况与删除和写入一致。

3. 读取过程掉电

无需分析，没有任何影响。

4. GC过程掉电

GC 过程共有四个步骤，在第一步时掉电，GC 尚未开始，没有任何影响。

在其他三个步骤时掉电，都会影响到FDS 数据页和交换页的存在情况。这里使用一个标志位flag来标记各个页的类型，枚举出全部可能的情况：

• 如果是空白页，则flag = PAGE_ERASED
• 如果不是空白页 ，页头有效，是数据页，则flag = PAGE_DATA
• 如果不是空白页，页头有效，是交换页，页内空白，则flag = PAGE_SWAP_CLEAN
• 如果不是空白页，页头有效，是交换页，页内有内容，则flag = PAGE_SWAP_DIRTY

（其实这里忽略了一种情况，如果不是空白页，但页头无效，则flag = NO_PAGES，FDS 对这种情况是直接忽略该页，就像Windows面对硬盘坏道一样不做处理。为了方便介绍，这里故意跳过它。）

对于FDS_VIRTUAL_PAGE = 3的情况，我们分析它们的flag。每个页有4种可能的情况，3个页总的可能情况是4 x 4 x 4 = 64。

事实上，我们无需枚举这么多情况，因为它只是掉电，FDS的基本结构仍然存在，即：

• FDS 最多只有一个交换页
• FDS 可以有多个数据页

如果交换页存在，它只可能存在一个，从代码实现上，不可能出现多个交换页的情况。所以我们更关注数据页和交换页的存在与否，而非具体数目。

使用逻辑“或”操作来枚举各种情况：

1. 所有页均是擦除页：PAGE_ERASED
2. 所有页均是数据页：PAGE_DATA
3. 存在擦除页，存在数据页： (PAGE_ERASED | PAGE_DATA)
4. 存在擦除页，存在交换页：(PAGE_ERASED | PAGE_SWAP_CLEAN) or ( PAGE_ERASED | PAGE_SWAP_DIRTY)
5. 存在数据页，存在交换页： (PAGE_DATA | PAGE_SWAP_CLEAN) or ( PAGE_DATA | PAGE_SWAP_DIRTY)
6. 存在擦除页，存在数据页，存在交换页： ( PAGE_ERASED | PAGE_DATA | PAGE_SWAP_CLEAN) or ( PAGE_ERASED | PAGE_DATA | PAGE_SWAP_DIRTY)

以上覆盖了所有可能出现的GC过程掉电的情况，重启芯片，FDS 在初始化时候对它们进行相应处理：

场景	方案
PAGE_ERASED	新建数据页和交换页
PAGE_DATA	报错
PAGE_ERASED | PAGE_DATA	将一个擦除页设为交换页，其他擦除页设为数据页。（这就是GC第四步掉电情况。）
PAGE_ERASED | PAGE_SWAP_CLEAN	将所有擦除页设为数据页
PAGE_ERASED | PAGE_SWAP_DIRTY	将该交换页改成数据页，第一个擦除页设为交换页，其他擦除页为数据页。（如果FDS页数是2的话，它就是GC第三步掉电情况。）
PAGE_DATA | PAGE_SWAP_CLEAN	这是正常运行的情况
PAGE_ERASED | PAGE_SWAP_DIRTY	把交换页擦掉并重新设置交换页。（这就是GC第二步掉电情况，此时我们不是继续往下走，而是回滚，因为不知道GC第一步是否执行完毕。）
PAGE_ERASED | PAGE_DATA | PAGE_SWAP_CLEAN	将擦除页设置成数据页
PAGE_ERASED | PAGE_DATA | PAGE_SWAP_ DIRTY	将该交换页改成数据页，第一个擦除页设为交换页，其他擦除页为数据页。（它就是GC第三步掉电情况）

有了上述分析，再去浏览fds_init() -> pages_init()的源代码，其中的局部变量ret就是我们上面这套分析的代码实现。

现在我们知道了，FDS 的初始化其实做了许多事情，它可能涉及Flash的擦写操作，所以它肯定是异步的，在代码中，务必等收到初始化完成事件后再进行后续的读写擦操作。

（完）