基于NOR FLASH存儲(chǔ)器的嵌入式文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

引言

在便攜電子設(shè)備中，隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，存儲(chǔ)容量的擴(kuò)大，嵌入文件系統(tǒng)成為一種必然趨勢(shì)。而Flash存儲(chǔ)器由于具有存儲(chǔ)容量大、掉電數(shù)據(jù)不丟失、何種小以及可多次擦寫(xiě)等許多優(yōu)點(diǎn)，正逐步取代其他半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件而廣泛應(yīng)用于便攜電子產(chǎn)品中。在Flash存儲(chǔ)器中使用文件系統(tǒng)，可將存儲(chǔ)空間當(dāng)作直觀(guān)的名稱(chēng)空間，不用在每次應(yīng)用開(kāi)發(fā)中都從頭使用存儲(chǔ)器，還可方便地利用標(biāo)準(zhǔn)接口同主系統(tǒng)通信。

本文中，我們將以嵌入式操作系統(tǒng)WINCE為背景，來(lái)討論嵌入式手持移動(dòng)終端中文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

WINCE文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

WINCE文件系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計(jì)，允許自定義文件系統(tǒng)、篩選器和多種不同的塊設(shè)備類(lèi)型。文件系統(tǒng)和所有與文件相關(guān)的API都是通過(guò)FileSys.exe進(jìn)程來(lái)管理的。

FileSys.exe 由下列幾個(gè)組件組成：
ROM文件系統(tǒng)
存儲(chǔ)管理器
對(duì)象存儲(chǔ)

ROM文件系統(tǒng)是基于ROM的文件系統(tǒng)。用來(lái)固化系統(tǒng)信息。

存儲(chǔ)管理器 (Storage Manager)，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)中的存儲(chǔ)設(shè)備，以及用于訪(fǎng)問(wèn)它們的文件系統(tǒng)。存儲(chǔ)管理器功能由系統(tǒng)中的fsdmgr.dll模塊實(shí)現(xiàn)。其主要的組成部分為塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序管理器、分區(qū)管理器、文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序管理器。存儲(chǔ)管理器組件之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 存儲(chǔ)管理器組件之間的關(guān)系

對(duì)象存儲(chǔ)是一個(gè)內(nèi)存堆，由FileSys.exe控制。對(duì)象存儲(chǔ)包含RAM系統(tǒng)注冊(cè)表、RAM文件系統(tǒng)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。它們都是FileSys.exe模塊的可選組件。RAM文件系統(tǒng)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)是完全可選的，并且在某些系統(tǒng)中可以根本不存在。

FileSys.exe各組件之間的關(guān)系如圖2所示。

圖2 FileSys.exe各組件之間的關(guān)系圖

操作系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，NK.exe將直接從ROM文件系統(tǒng)加載FileSys.exe。然后，F(xiàn)ileSys.exe對(duì)ROM文件系統(tǒng)內(nèi)的默認(rèn)注冊(cè)表進(jìn)行初始化。接著，F(xiàn)ileSys.exe將讀取注冊(cè)表項(xiàng)，以便啟動(dòng)各種應(yīng)用程序。

我們?cè)赪INCE文件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上構(gòu)建自文件系統(tǒng)。

構(gòu)建基于PXA272存儲(chǔ)器的嵌入式文件系統(tǒng)

嵌入式手持設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。其主要由嵌入式微控制器PXA272，采集單元，顯示單元，存儲(chǔ)單元，通信模塊和電源單元構(gòu)成。

圖3 手持設(shè)備終端硬件結(jié)構(gòu)框圖

Intel PXA272處理器是Intel公司推出的32位，基于Xscale架構(gòu)的高性能的嵌入式芯片。其工作頻率為512MHZ，內(nèi)部集成64Mb NOR Flash。我們?cè)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/NOR">NOR Flash上基于WINCE的文件結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)建我們自己的文件系統(tǒng)。

先將Flash劃分位三部分，第一部分存放EBOOT和512K配置文件，第二部分存放32M的NK.BIN，最后一部分劃為32M的文件系統(tǒng)，其具體劃分如圖4所示。

圖4 Flash的劃分

PSM(Peristent Storage Manage)是Inter公司獨(dú)有技術(shù)，是專(zhuān)門(mén)為WEINCE系統(tǒng)定制的，它為各種Flash存儲(chǔ)設(shè)備提供了統(tǒng)一的設(shè)備接口，支持Inter的CPU架構(gòu)。我們利用PSM作為存儲(chǔ)管理器，用微軟提供的Flash驅(qū)動(dòng)構(gòu)建文件系統(tǒng)，支持FAT格式的文件。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)文件結(jié)構(gòu)圖

最后，文件系統(tǒng)的配置文件是一組注冊(cè)表值，用于定義有關(guān)塊設(shè)備和應(yīng)當(dāng)如何在系統(tǒng)中使用它的信息。配置文件位于注冊(cè)表HKEY_LOCAL_MACHINE SystemStorageManagerProfiles下，每個(gè)配置文件都是位于基本配置文件項(xiàng)的下面，以此配置文件名稱(chēng)標(biāo)識(shí)的項(xiàng)。例如，我們利用了Inter的PSM文件系統(tǒng)，其配置文件位于注冊(cè)表HKEY_LOCAL _MACHINESystemStorageManager ProfilesPSMFSD下。Flash驅(qū)動(dòng)的配置文件位于注冊(cè)表HKEY_LOCAL_ MACHINEDriversBuiltInStrataFMD下，在此文件系統(tǒng)中，我們使用了微軟自帶的Flash驅(qū)動(dòng)。

結(jié)語(yǔ)

此文件系統(tǒng)已經(jīng)在手持移動(dòng)終端上得到應(yīng)用，和上層的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)接。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，此文件系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，效果良好。可以用來(lái)存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)而且又能滿(mǎn)足不同需求。相對(duì)于TrueFFS文件系統(tǒng)，在可靠性、系統(tǒng)資源開(kāi)銷(xiāo)等方面的性能提高是可觀(guān)的，特別是和Inter的Flash相結(jié)合時(shí)。