MCU flash的保存历史数据的简单数据库
特点
使用于简单的MCU,不需要文件系统
串行flash，SPI接口，空间大小4M，2M,1M.
Flash可以划分多个区域，保存不同的业务数据。
每个区域数据顺序滚动循环保存
数据以记录方式保存
记录可长可断，直接写入，不需要大的缓存。
Flash每页确定保存多少个记录。
初始化快速定位最新的记录号
对上层模块编程接口简单，对外提供记录号接口，和新加记录的函数，得到一条记录的函数。
数据写入校验，确保写入正确。
快速查询记录
需求
MCU开发的很多系统，需要保存历史数据。如环保采集器，油烟采集器，水文采集器等。MCU本身一般没有文件系统，移植文件系统过于庞大，占内存，Flash很大，开销大。所以需要开发一套对flash保存历史数据的操作函数，简化文件系统，实现对历史数据的保存。
设计
保存历史数据是数据采集的重要功能，通常使用flash来存储。整体控制机制分为两个部分：对flash芯片的硬件接口控制、历史数据存储控制。
一、硬件接口控制：
Flash芯片选用用AT45DB系列： x041最多可存储4Mbit，x161最多16Mbit，x321最多 32M bit，x642最多64Mbit。全系芯片采用SPI接口，指令基本兼容，不同芯片间只在移位数字有差距，用宏定义区分即可。
1、核心写入机制：
Flash擦写一般都为整页操作，写入之前必须先擦除，这给向一页中多次写入数据带来困难：即要写入新的数据就必须擦除原来的数据。早期的存储设计中是采用每页只写一条数据，以牺牲存储空间的代价来换取控制操作的简单易行。当然，也可以使用将数据缓存在单片机内存中，在数据量接近flash页面上限以后再整体写入的方式，这样做的代价是较长期的占用单片机资源，而且有异常断电、从启等情况发生时丢失的数据较多；极端的方式，也可以在每次写flash之前，先将页面内容读至单片机内存，将新数据填入后再整页写入flash，这样可以高效利用存储空间，但操作繁琐，数据交互效率低下。
在对flash操作进一步熟悉后，发现可以借助其自带buffer，来实现对一页flash进行多次写入。总体过程为：
当前页数据进入buffer ——> 新数据写入buffer ——> buffer数据写入flash页
Flash自带buffer与页面大小等同，buffer与页间的交互远比单片机和flash之间的数据交互快捷迅速，也不占用单片机资源，每条新数据又确实写入了flash，不会掉电丢失，可以说是高效利用flash存储空间的最佳方式。
2、接口函数：
at45db_SPI_Init()
硬件初始化，进行单片机管脚模式配置、SPI配置等
at45db_read()
从flash中读取数据：从指定页码的指定偏移量读取指定长度的数据写入单片机缓存中。
at45db_write()
向flash中写入数据：向指定页码的指定偏移量写入指定长度的数据（来自单片机缓存）。
at45db_erase()
擦除flash一页内容。由于buffer写入页面时自带擦除，因此本函数使用概率较小，除专门的擦除flash需求，一般写入数据时不需调用。
二、历史数据存储控制：
1、Flashop结构
Flashop结构及其方法函数是构建于底层接口控制之上的上层控制程序，以条目为单位将数据写入flash，每条数据对应一个记录号，应用程序通过记录号获得flash中的数据。
一个Flashop结构可以看做一块flash存储区，可以较灵活的规定存储区大小、存储区起始、结束位置、每页写入记录数目、单条记录允许写入的长度（见注一）等。如果在一个程序中使用多个Flashop结构，就可以将整个flash空间划分为多个存储空间，用来存放不同类型的数据，便于检索、运算。
Flashop结构定义见ipComm包flashop.h文件。
注一：每页写入记录数目和单条记录允许写入的长度受flash页面大小限制，一般规则为：
每页写入记录数目 × 单条记录允许写入的长度 小于并接近 flash页面大小。选用不同的flash芯片，或因采集数据不同造成存储记录长度不同时，可灵活设置这两个参数。当记录长度超过单条记录允许写入的长度时，超出部分会被舍弃，不写入flash。如果设置的 写入记录数目× 单条记录允许写入的长度 超过flash页面大小会引起写入错误。
2、写入flash的内容：
数据存入flash不能只写纯数据内容，必须有记录号等附加信息以便于管理。因此flash页内容设计为：
页面总体内容分为页头和记录。
页头占8字节，包括：写入确认、写入次数和页号。
写入确认：本页已写的标识，根据程序不同做不同的定义，检查到页头两字节不是规定的写入确认时认为本页未被写入（或写入错误）。
写入次数：复写标识，flash为循环写入，当全部写满，有覆盖写入发生时，写入次数标识+1。
写入页号：当前页在flash中的真实页位置（绝对位置），与Flashop结构定义的起始位置和存储区大小无关。
除去页头部分都属于记录部分，每条记录含6字节记录头和不定长度的记录内容。记录头分为记录号和记录长度。
记录号：历史累加，不因发生复写而清零。
记录内容：需要存储的实际数据。
3、接口函数：
flashop_instance_alloc()
Flashop结构分配并初始化。传入参数为：每页记录数、偏移（起始）页码、总页数。偏移页码及总页数决定一块存储区的位置及大小；总页数和每页记录数决定存储记录总数。决定这些要素之后，程序会在flash中读取数据，找到当前写入位置和记录号，以此为基础写入新的数据。
read_one_rec()
读取一条记录。将指定记录号的数据读取至缓存区中。传入参数为：Flashop结构体指针、读取记录号、数据将写入的缓存区、记录长度。记录号为读取依据，函数返回后缓存区中的数据即为目标数据，记录长度为辅助信息，便于判断此记录是否存在。如果本次读取失败，记录长度为0。
write_one_rec()
写一条记录。将数据写入flash中，自动更新记录号。传入参数为：Flashop结构体指针、数据来源缓存区、数据长度。记录号不需传入，写入flash时自动更新。程序对长度自动判断，如果超出了单条记录允许写入的长度会自动截断。
4、校验机制：
读写记录时都使用了一定校验机制。读记录时比较简单，检查页头写入确认字，正确则认为此页记录无误；写记录时，在写完记录后验证记录头的最后一个字节（记录长度第2字节）和记录内容的第一个字节，正确认为写入成功，会对Flashop结构成员变量更新，否则不更新。
5、快速检索机制：
Flash一旦经过复写后，内中记录一般会达到上万条，如何快速找到所需记录是整个存储设计中十分关键的问题。对此我们的设计是将flash中的绝对位置与Flashop记录号对应的方式。在存储范围上限内的记录号与flash中的绝对位置一一对应，经过复写后的记录号通过求余运算可以对应到存储范围上限内，知道了记录号，通过简单运算即可得到其位置，因此可以快速得到当前记录。
对于初始化过程，需要寻找当前最新位置采用机制是通过折半查找法找到最新页（根据写入次数差异），在最新页内找到将写位置（根据记录号差异），并确认最新记录号。
写记录时也遵循记录号对应绝对位置原则。
三、按时间查询机制：
按时间查询数据是单片机采集程序的一个难点。因为将时间换算成日期本身就比较复杂，设备实际使用中如果有校时发生又经常会使数据时间发生跳变，因此目前多数历史数据的保存都不会以时间为依据，如我们的设计中就以连续的记录号为依据。为满足某些协议中出现的按时间查询记录需求，我们设计了一种机制，这种机制可以处理正常时间序列模型（数据时间由小到大顺序排列）或单一拐点（数据时间有一次突然跳变减小，跳变增大可视做正常序列）模型，快速取得对应时间段中的数据。数据时间含多个拐点目前无快速检索机制。
