1、原因

由于FLASH的擦除和寫入的特性，如果在擦除中掉電或者寫入時(shí)掉電，有可能會(huì)出現(xiàn)失敗的情況，下次再上電讀取就會(huì)出錯(cuò)。

擦除的時(shí)候掉電，不能保證擦除完全，但是已經(jīng)擦除的部分，肯定是0xff了。

寫的時(shí)候掉電，已經(jīng)寫入的就是正確的，電平掉到最低極限工作電壓附近時(shí)，寫入的就無法保證了，地址無法保證，寫入的值也無法保證。沒有寫到的，肯定還是 0xFF。??

2、解決方式

2.1、硬件方式解決 — 掉電保護(hù)機(jī)制?

必須硬件電路上有相應(yīng)的掉電警告中斷，而且必須有足夠的時(shí)間供軟件響應(yīng)。??

掉電保存和上電恢復(fù)，需要以下:?

1) 快速檢測掉電信號(hào);

2) 要有足夠的時(shí)間讓你停下來保存現(xiàn)場;

3) 上電后可靠的復(fù)位;?

這些的關(guān)鍵是掉電信號(hào)電源復(fù)位信號(hào)三個(gè)怎么配合的事;

掉電保護(hù)不是重新擦寫那么簡單，首先要有一個(gè)機(jī)制能知道發(fā)生了掉電事件，還要知道什么地方的數(shù)據(jù)是可能出錯(cuò)的，如果是新建文件還好一點(diǎn)，一般就是數(shù)據(jù)作廢，如果是改寫一個(gè)文件時(shí)發(fā)生掉電事故的話，還要有恢復(fù)機(jī)制，將數(shù)據(jù)恢復(fù)成改寫以前的數(shù)據(jù)。

由于 flash 的先擦后寫的特性，不會(huì)在原來位置重新寫數(shù)據(jù)，一般都是把原位置的數(shù)據(jù)標(biāo)記為無效，再在新位置寫入數(shù)據(jù)，對(duì)于文件來說有一個(gè)存儲(chǔ)位置的關(guān)系，這不同于文件系統(tǒng)的邏輯地址，每個(gè)邏輯地址要有對(duì)應(yīng)的物理地址，要有一套邏輯-物理地址的轉(zhuǎn)換映射關(guān)系在里面。

flash 空間總是有限的，還要有垃圾回收的機(jī)制，系統(tǒng)要將無效數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間回收。

而 nand 的擦單元是寫單元的2的n次冪（如32，64，128）倍，如果一個(gè)擦除單元內(nèi)有有效數(shù)據(jù)的話，還要將有效的數(shù)據(jù)搬移到其它地方，要對(duì)相應(yīng)的文件的地址映射進(jìn)行更新維護(hù)。

擦寫均衡的實(shí)現(xiàn)也是一件比較復(fù)雜的事情，所以我們看到的U盤大小總是小于標(biāo)定的大小，因?yàn)樗鼉?nèi)部要保留一定區(qū)間用來實(shí)現(xiàn)FTL的算法，保存FTL層的數(shù)據(jù)。??

如果是這么個(gè)要求讓我重新設(shè)計(jì)一下硬件的話會(huì)有如下幾個(gè)部分：

1) 電源管理芯片，檢測掉電事件的發(fā)生；?

2) 儲(chǔ)能元件，在掉電發(fā)生后能滿足執(zhí)行掉電保護(hù)的操作即有足夠的時(shí)間存儲(chǔ)一些標(biāo)志位和必要的數(shù)據(jù)；
?
一個(gè)電源檢測芯片，一個(gè)儲(chǔ)能元件（比如大點(diǎn)的電容）結(jié)合軟件判斷以及提前保存現(xiàn)場就能很好的實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)了.

2.2、軟件方式解決?

1）要改寫某扇區(qū)內(nèi)容，先把該扇區(qū)內(nèi)容備份到一個(gè)特殊的扇區(qū)；?

2）在某個(gè)地方寫一個(gè)特殊的標(biāo)記；?

3）完成該扇區(qū)的改寫操作，清除標(biāo)記；?

4）系統(tǒng)每次上電或復(fù)位，都去檢查下標(biāo)記，就跟windows下的“磁盤掃描程序”一樣，即使最壞情況，也可以恢復(fù)改寫之前的數(shù)據(jù)。

這個(gè)過程“備份->置標(biāo)記->寫->清標(biāo)記”的辦法，是個(gè)可行的辦法，也是目前比較通行的辦法。

示例：

如下圖所示：

使用兩個(gè)sector互為備份，首先判斷valid，如果數(shù)據(jù)都有效，比較version看誰的數(shù)據(jù)比較新，使用最新的數(shù)據(jù)。

正常的情況下： 

1）初始化，sector 0和sector 1的valid值都為0xff，使用sector 0擦寫，version為0，valid為0x5a。 

2）第二次擦寫，sector 0的valid為0x5a，sector 1的valid為0xff，表明sector 1為無效數(shù)據(jù)，使用sector 1擦寫，vesion在上次的基礎(chǔ)上加1，valid為0x5a。 

3）第三次擦寫，sector 0和sector 1的valid值都為0x5a，比較version，sector 1的version比sector 0大，所以使用sector 0擦寫，sector 1為備份數(shù)據(jù)，version加1，valid為0x5a。 

4）依此類推，擦寫數(shù)據(jù)的過程中，version高的為最新數(shù)據(jù)，version低的為備份數(shù)據(jù)。

掉電的情況下： 

1）如果在擦除sector 0的時(shí)刻掉電，前半部分?jǐn)?shù)據(jù)為0xff，后半部分?jǐn)?shù)據(jù)是舊數(shù)據(jù)；重啟后比較valid都為0x5a，進(jìn)而比較version，因?yàn)樽钚聰?shù)據(jù)的version沒有寫進(jìn)去，所以sector 1的versoin較高，使用sector 1的舊數(shù)據(jù)。 

2）如果在擦完sector 0的時(shí)刻掉電，所有數(shù)據(jù)都為0xff；重啟后sector 1的valid為0x5a，使用sector 1的舊數(shù)據(jù)。 

3）如果在寫sector 0的時(shí)刻掉電，前半部分?jǐn)?shù)據(jù)為新數(shù)據(jù)，后半部分?jǐn)?shù)據(jù)為0xff；重啟后sector 1的valid為0x5a，使用sector 1的舊數(shù)據(jù)。

相對(duì)網(wǎng)絡(luò)上搜索到的掉電備份方法（寫備份區(qū)-備份標(biāo)志-寫目標(biāo)區(qū)-清備份標(biāo)志），優(yōu)點(diǎn)是每次修改數(shù)據(jù)只需要擦寫一次，速度較快；缺點(diǎn)是存儲(chǔ)一個(gè)sector的數(shù)據(jù)需要兩個(gè)sector的空間。

注意：

這個(gè)標(biāo)記必須是單獨(dú)占用一個(gè)無用的扇區(qū)（沒有實(shí)際有用數(shù)據(jù)的扇區(qū)），保證對(duì)標(biāo)記的操作不會(huì)影響到實(shí)際數(shù)據(jù)。
?
二是這只能保證數(shù)據(jù)能恢復(fù)到之前的狀態(tài)，不能確保數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的完整性。

譬如你有一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有16字節(jié)（它們之間是有邏輯關(guān)系的），跨兩個(gè)扇區(qū)保存，現(xiàn)在要全面更新這16個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，如果發(fā)生某個(gè)扇區(qū)沒有成功更新（即恢復(fù)到之前的數(shù)據(jù)），就會(huì)發(fā)生新舊數(shù)據(jù)同時(shí)存在的情況，程序利用這些數(shù)據(jù)來操作，就有可能發(fā)生錯(cuò)誤。

所以，還需進(jìn)一步的機(jī)制來保證“整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的完整性，譬如某個(gè)文件的一部分?jǐn)?shù)據(jù)壞掉了，那么就把整個(gè)文件無效掉。

refer：

https://www.csdn.net/gather_2d/OtDaAg2sNjI0LWJsb2cO0O0O.html
https://blog.csdn.net/weixin_38664664/article/details/78167655