摘要 :大多数嵌入式设备只保存"当前状态",一旦发生故障,现场就像被破坏的犯罪现场,毫无线索。本文将挑战传统的"覆盖式存储",提出 "追加式日志 (Append-Only Log)" 的架构哲学。通过将每一次参数修改记录为不可变的 事件 (Event) ,利用 CQRS 分离写入与读取,我们不仅能实现毫秒级的参数保存,还能天然获得 Flash 磨损均衡 (Wear Leveling) 和 全量审计日志 (Audit Log),让系统拥有回滚历史的能力。
一、 CRUD 的原罪:毁灭证据
想象一个温控器。
用户设定温度为 20℃ -> 系统运行 -> 用户改为 25℃ -> 系统报警。
传统做法 (Snapshot)
我们在 Flash 里分配一个扇区,专门存结构体 Config_t。
当用户修改温度时:
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读取整个结构体到 RAM。
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修改温度字段。
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擦除 Flash 扇区(最慢,最危险)。
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写入 新结构体。
后果:
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真相消失:如果设备报警了,你查日志只能看到"当前设定是 25℃"。你根本不知道是用户刚刚改的,还是系统自己乱跳的。
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写崩风险:如果在第 3 步和第 4 步之间断电,配置全丢,设备变砖。
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寿命磨损:哪怕只改 1 个字节,也要擦除整个 4KB 扇区。
二、 事件溯源 (Event Sourcing):一切皆历史
核心哲学:状态 (State) 不是存储出来的,而是由历史事件 (Events) 计算出来的。

我们不再存储"当前温度",我们存储"设定变更"这个动作。
1. Flash 布局:环形日志 (Circular Journal)
我们将 Flash 看作一个无限长的磁带(环形缓冲区)。
每次修改参数,我们不擦除旧数据,而是在后面追加 (Append) 一条新记录。
2. 事件结构
3. 写操作 (Command)
用户设定 25℃:
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检查 Flash 当前写指针位置。
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写入一条
EVT_SET_TEMP, 250。 -
耗时:微秒级(无需擦除)。
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原子性:写入完成前掉电,CRC 错误,该条记录无效,系统自动回滚到上一条。
4. 读操作 (Query) - 重放 (Replay)
系统上电时,RAM 是空的。
Bootloader 从头到尾扫描一遍 Flash 里的所有事件:
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遇到
EVT_SET_TEMP 20-> RAM 里的Temp = 20。 -
遇到
EVT_SET_TEMP 25-> RAM 里的Temp = 25。重放结束,RAM 里就是最新的状态。
三、 CQRS:读写分离的艺术
在上述模型中,写很快(追加),但读很慢(要扫描整个 Flash)。
这就是 CQRS (Command Query Responsibility Segregation) 解决的问题。
1. Command Side (写端)
负责产生事件,写入 Flash。
只管写,不管查。
这完美契合 Flash 的物理特性:编程 (Program) 很快,擦除 (Erase) 很慢。 我们只编程,不擦除,直到写满整个扇区。
2. Query Side (读端)
负责提供数据查询。
我们在 RAM 里维护一个 Config_Snapshot。
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写发生时:Command 更新 Flash,同时更新 RAM 快照。
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读发生时:直接读 RAM 快照。O(1) 复杂度。
架构优势:
我们将"Flash 的磨损"和"复杂的查询逻辑"彻底解耦了。
四、 快照 (Snapshot):启动速度的优化
如果设备运行了 10 年,积累了 100 万条事件,每次上电都要重放一遍,启动岂不是要几分钟?
解决方案:定期快照。
每当积累了 N 条事件(或者 Flash 写满一个 Block),系统自动在 Flash 的另一个区域生成一份 "当前状态快照"。
启动流程优化:
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找到最新的 快照,加载进 RAM。(恢复 99% 的状态)
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找到快照之后发生的 增量事件,重放它们。(恢复 1% 的状态)
这就像 Redis 的 AOF (Append Only File) 和 RDB (Snapshot) 机制。嵌入式系统完全可以借鉴数据库的智慧。
五、 收益:不仅是保存参数
这套架构极其复杂,值得吗?
当你遇到以下场景时,你会感谢这个架构。
1. 磨损均衡 (Wear Leveling)
传统 FS 需要复杂的算法来平衡磨损。
事件溯源天然就是顺序写入的。写满 Sector 0,写 Sector 1... 写满 Sector N,擦除 Sector 0。
Flash 的每个单元被擦写的次数是严格均匀的。 你不需要写任何额外的磨损均衡代码。
2. 甚至可以"撤销" (Undo)
用户误操作把参数改乱了?
只需在系统里加一个命令:Rollback。
逻辑是:写入一条"反向事件",或者在重放时忽略最后 N 条事件。
这在工业现场调试时是神级功能。
3. 黑匣子审计 (Auditing)
设备坏了,客户赖账说是设备问题。
你把 Flash 里的事件导出来:
[2024-02-09 10:00:00] User set voltage to 220V
[2024-02-09 10:00:05] User set voltage to 380V
[2024-02-09 10:00:06] Over-voltage Error triggered
证据确凿。 每一条操作都留下了不可磨灭的痕迹。
六、 结语:从"静态照片"到"动态电影"
传统的 CRUD 架构,像是在给系统拍照片。每次修改,我们都撕掉旧照片,贴上新照片。我们只拥有"现在"。
事件溯源架构,像是在拍电影。每一帧(事件)都被永久记录下来。我们拥有了"过去"和"现在",甚至可以预演"未来"。
在资源受限的嵌入式系统里,利用 Log-Structured 的存储方式,我们不仅克服了 Flash 的物理缺陷(擦除慢、寿命短),更赋予了设备 可追溯、可回滚、可审计 的高级特性。
把 Flash 当作账本,而不是草稿纸。这就是高可靠存储的秘诀。