基于FLASH介質(zhì)嵌入式存儲方案的設(shè)計與實現(xiàn)
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1 引言 FLASH（閃速存儲器）作為一種安全、快速的存儲體，具有體積小、容量大、成本低、掉電數(shù)據(jù)不丟失等一系列優(yōu)點，已成為嵌入式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)和程序最主要的載體。由于FLASH在結(jié)構(gòu)和操作方式上與硬盤、E2ROM等其他存儲介質(zhì)有較大區(qū)別，使用FLASH時必須根據(jù)其自身特性，對存儲系統(tǒng)進(jìn)行特殊設(shè)計，以保證系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)。 2 FLASH的特點 1．區(qū)塊結(jié)構(gòu) 2．先擦后寫 3．操作指令 4．位反轉(zhuǎn) 5．壞塊 3 關(guān)鍵設(shè)計 對于NOR FLASH，數(shù)據(jù)的讀操作可以通過獨立的數(shù)據(jù)總線和地址總線快速完成，然而NOR FLASH的其他操作需要通過特殊的指令來完成，更糟糕的是不同廠商生產(chǎn)的芯片這些指令互不相同。這就導(dǎo)致了設(shè)備的不兼容。 對于NAND FLASH，也存在這樣的問題。NAND FLASH可以根據(jù)相同的指令讀取芯片的廠商號和設(shè)備號,從而通過識別設(shè)備號調(diào)用對應(yīng)的時序流程實現(xiàn)操作。但是，系統(tǒng)中太多的判斷，會使得程序的結(jié)構(gòu)變得非常復(fù)雜。所以，在一定的條件下，NAND FLASH設(shè)備還是不兼容的。 為了解決這一問題，一個較好的方法是將FLASH的各個操作指令以及結(jié)構(gòu)特性按照統(tǒng)一的格式存放到FLASH中固定位置。系統(tǒng)初始化時，將這個結(jié)構(gòu)讀入系統(tǒng)，通過分析這個結(jié)構(gòu)，可以獲得關(guān)于芯片所有相關(guān)信息，包括操作指令，區(qū)塊分布等等。這樣，系統(tǒng)可以輕松實現(xiàn)對不同型號FLASH的所有操作，極大地提高了設(shè)備的擴展性。 3.2 雙模式文件系統(tǒng)設(shè)計 嵌入式系統(tǒng)中文件數(shù)據(jù)的存放一般有兩種結(jié)構(gòu)，一種是索引格式的線性結(jié)構(gòu)，一種是非線性的鏈表式結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點。比如對于系統(tǒng)配置、點陣字庫等一些具有固定結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，索引結(jié)構(gòu)比鏈表式結(jié)構(gòu)更有效率。但對于經(jīng)常更新的用戶數(shù)據(jù)，鏈表式結(jié)構(gòu)要比索引結(jié)構(gòu)更靈活。如果系統(tǒng)能將兩種結(jié)構(gòu)集成，勢必能將性能發(fā)揮到最優(yōu)。 實現(xiàn)這種集成的方法是將設(shè)備定義成若干個分區(qū)，每個分區(qū)相互獨立，不同分區(qū)可以使用不同的文件模式。這樣，不同類型的數(shù)據(jù)就可以根據(jù)自己的屬性選擇存放的分區(qū)。比如系統(tǒng)數(shù)據(jù)存放在使用索引線性結(jié)構(gòu)的分區(qū)，用戶數(shù)據(jù)存放在使用鏈?zhǔn)椒蔷€性結(jié)構(gòu)的分區(qū)。 3.3 壞塊處理 4 系統(tǒng)實現(xiàn)
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| 系統(tǒng)的存儲結(jié)構(gòu)如圖1所示，在FLASH的Block0位置存放整個系統(tǒng)最重要的數(shù)據(jù)——系統(tǒng)記錄SR（System Record）。選擇Block0的原因是一般FLASH出廠時，都能保證Block0是完好的，因此可以避免壞塊問題帶來的不便。SR其實就是一個定義好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它包括媒質(zhì)信息和文件系統(tǒng)信息兩部分。媒質(zhì)信息包括FLASH存儲器的類型、容量、塊類型的大小和數(shù)量（BlockInfo）、FLASH 操作命令（CommandInfo）等。文件系統(tǒng)信息包括版本信息、各邏輯分區(qū)的起始地址（物理地址）和結(jié)束地址。FLASH設(shè)備可以被分成一個或多個邏輯分區(qū)，每個邏輯分區(qū)采用的操作方式可以互不相同，如圖1中Device0分區(qū)采用的是線性文件系統(tǒng)，Device1分區(qū)采用的是鏈?zhǔn)轿募到y(tǒng)。如果采用的是線性文件系統(tǒng)，在分區(qū)信息后面加入文件索引表INDEX起始地址、大小等信息；如果采用的是鏈?zhǔn)轿募到y(tǒng)，則加入文件系統(tǒng)頁大小、文件分配表FAT和文件登記表FRT所在的位置等信息。
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?zāi)Ｊ健Ｆ渲?，校驗?zāi)Ｊ接脕順?biāo)識文件讀寫時采用差錯校驗的級別。不同類型的文件采用不同級別的校驗方式。0級不進(jìn)行校驗，1級ECC校驗，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)轿募到y(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)上實現(xiàn)鏈?zhǔn)轿募到y(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，一旦因為異常產(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
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 3.驅(qū)動層 5 結(jié)論 |
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