基于FLASH的嵌入式存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文件登記表FRT位于FAT后的頁中，存放著邏輯分區(qū)中文件的信息，如文件總數(shù)、每個文件的文件代號、位置、長度以及校驗(yàn)?zāi)Ｊ?。其中，校?yàn)?zāi)Ｊ接脕順?biāo)識文件讀寫時采用差錯校驗(yàn)的級別。不同類型的文件采用不同級別的校驗(yàn)方式。0級不進(jìn)行校驗(yàn)，1級ECC校驗(yàn)，2級逐個字節(jié)比較。

對于線性文件系統(tǒng)分區(qū)，所有文件順序存儲，讀取數(shù)據(jù)時，直接通過INDEX索引得到某個文件的邏輯起始地址，然后從這個地址開始順序搜索，獲取某個偏移位置下的n個連續(xù)Byte。鏈?zhǔn)轿募?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/系統(tǒng)">系統(tǒng)是將地址空間分成若干個等分，即Sector，它是操作的最小單位；一個大文件可以分布在不連續(xù)的多個 Sector中，然后通過FAT表將它們連接起來；在FLASH介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)轿募?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/系統(tǒng)">系統(tǒng)，Sector大小的選擇是一個關(guān)鍵，由于FLASH的寫操作，擦操作是以Page，Block為單位的，設(shè)小了使大塊結(jié)構(gòu)的FLASH寫操作復(fù)雜，設(shè)多了又浪費(fèi)空間，因此最好的選擇是將Sector大小設(shè)為擦操作的最小單位16K。

整個邏輯分區(qū)中，INDEX,FAT,FRT表中的內(nèi)容非常重要，一旦因?yàn)楫惓．a(chǎn)生錯誤，可能會影響到所有文件；所以，這三個文件都做了備份處理，備份存放于不同的Block中。同時，在對他們處理時，改寫表中的更新狀態(tài)。0xff表示開始更新,0x00表示更新結(jié)束。在文件系統(tǒng)初始化時，讀取它們的更新狀態(tài)，如果表中的更新狀態(tài)為0xff，說明該表存在操作異常，可用備份表更正。

4.2　層次接口

整個存儲系統(tǒng)分成三層，如圖2所示。

（1）操作系統(tǒng)層

在整個存儲系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)扮演的是使用者的角色。當(dāng)需要數(shù)據(jù)時，它通過調(diào)用文件系統(tǒng)層提供的接口函數(shù)獲取數(shù)據(jù)，它不關(guān)心數(shù)據(jù)的來源和正確性。

（2）文件系統(tǒng)層

文件系統(tǒng)層的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)它和操作系統(tǒng)層的函數(shù)接口。在實(shí)現(xiàn)方式上，線性文件系統(tǒng)和鏈?zhǔn)轿募到y(tǒng)有較大區(qū)別。比如文件讀取mfread,線性文件系統(tǒng)直接讀取所要的字節(jié)，而鏈?zhǔn)轿募到y(tǒng)是每次先把對應(yīng)的整個頁讀到文件緩沖區(qū)，然后再把所需數(shù)據(jù)拷貝到讀到指定內(nèi)存。文件刪除mfdelete，線性文件系統(tǒng)需要重新整理，不然就會因?yàn)榇罅康臄?shù)據(jù)空洞（由于空間太小，無法放入新文件的小塊區(qū)域）使得系統(tǒng)很快沒有可用空間。鏈?zhǔn)轿募到y(tǒng)只需修改文件系統(tǒng)的 FAT和FRT，而不用做其他任何處理，當(dāng)下次寫入操作用到該塊時，自動完成擦除。

（3）驅(qū)動層

驅(qū)動層的任務(wù)是完成與FLASH之間的通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)它和文件系統(tǒng)層的函數(shù)接口。接口函數(shù)包括頁面讀mPageRead，頁面寫mPageWrite, 塊擦除mBlockErase, 隨機(jī)讀取mRnRead, 隨機(jī)寫入mRnWrite。mPageRead，mPageWrite，mBlockErase對整頁或塊進(jìn)行操作，在鏈?zhǔn)轿募到y(tǒng)中調(diào)用； mRnRead, mRnWrite對字節(jié)單位進(jìn)行操作，在線性文件系統(tǒng)中調(diào)用。其中mRnWrite比較麻煩，以寫一個Byte為例，它的操作分三步，首先將目標(biāo)塊中的所有數(shù)據(jù)讀到內(nèi)存Buffer中，然后將要寫入的數(shù)據(jù)更新到Buffer，擦除目標(biāo)塊，最后將已更新的Buffer寫回到目標(biāo)塊,這里的Buffer大小是一個Block。由于嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存資源比較緊張，系統(tǒng)采用了塊交換技術(shù)以降低成本,方法是在FLASH中搜索一個空閑塊，用它充當(dāng)Buffer的角色。

5 結(jié)論

通過上面的設(shè)計(jì)，所實(shí)現(xiàn)的存儲系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)：

（1）使用通用模式設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了系統(tǒng)對FLASH設(shè)備的兼容性；

（2）使用雙模式文件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使不同類型的數(shù)據(jù)處理效率同時達(dá)到最優(yōu)；（3）使用地址映射表，屏蔽了壞塊帶來的隱患，增強(qiáng)了系統(tǒng)的健壯性；

（4）對重要數(shù)據(jù)采用備份保護(hù)，保證不會因?yàn)閿嚯姷犬惓?dǎo)致系統(tǒng)的崩潰，增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性；

（5）采用塊交換技術(shù)，節(jié)約系統(tǒng)成本；

（6）進(jìn)行分級差錯校驗(yàn)，提高了系統(tǒng)的執(zhí)行效率。