基于FLASH介質(zhì)嵌入式存儲方案的設計與實(shí)現
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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、掉電數據不丟失等一系列優(yōu)點(diǎn)，已成為嵌入式系統中數據和程序最主要的載體。由于FLASH在結構和操作方式上與硬盤(pán)、E2ROM等其他存儲介質(zhì)有較大區別，使用FLASH時(shí)必須根據其自身特性，對存儲系統進(jìn)行特殊設計，以保證系統的性能達到最優(yōu)。 2 FLASH的特點(diǎn) 1．區塊結構 2．先擦后寫(xiě) 3．操作指令 4．位反轉 5．壞塊 3 關(guān)鍵設計 對于NOR FLASH，數據的讀操作可以通過(guò)獨立的數據總線(xiàn)和地址總線(xiàn)快速完成，然而NOR FLASH的其他操作需要通過(guò)特殊的指令來(lái)完成，更糟糕的是不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的芯片這些指令互不相同。這就導致了設備的不兼容。 對于NAND FLASH，也存在這樣的問(wèn)題。NAND FLASH可以根據相同的指令讀取芯片的廠(chǎng)商號和設備號,從而通過(guò)識別設備號調用對應的時(shí)序流程實(shí)現操作。但是，系統中太多的判斷，會(huì )使得程序的結構變得非常復雜。所以，在一定的條件下，NAND FLASH設備還是不兼容的。 為了解決這一問(wèn)題，一個(gè)較好的方法是將FLASH的各個(gè)操作指令以及結構特性按照統一的格式存放到FLASH中固定位置。系統初始化時(shí)，將這個(gè)結構讀入系統，通過(guò)分析這個(gè)結構，可以獲得關(guān)于芯片所有相關(guān)信息，包括操作指令，區塊分布等等。這樣，系統可以輕松實(shí)現對不同型號FLASH的所有操作，極大地提高了設備的擴展性。 3.2 雙模式文件系統設計 嵌入式系統中文件數據的存放一般有兩種結構，一種是索引格式的線(xiàn)性結構，一種是非線(xiàn)性的鏈表式結構。這兩種結構各有優(yōu)缺點(diǎn)。比如對于系統配置、點(diǎn)陣字庫等一些具有固定結構的系統數據，索引結構比鏈表式結構更有效率。但對于經(jīng)常更新的用戶(hù)數據，鏈表式結構要比索引結構更靈活。如果系統能將兩種結構集成，勢必能將性能發(fā)揮到最優(yōu)。 實(shí)現這種集成的方法是將設備定義成若干個(gè)分區，每個(gè)分區相互獨立，不同分區可以使用不同的文件模式。這樣，不同類(lèi)型的數據就可以根據自己的屬性選擇存放的分區。比如系統數據存放在使用索引線(xiàn)性結構的分區，用戶(hù)數據存放在使用鏈式非線(xiàn)性結構的分區。 3.3 壞塊處理 4 系統實(shí)現
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| 系統的存儲結構如圖1所示，在FLASH的Block0位置存放整個(gè)系統最重要的數據——系統記錄SR（System Record）。選擇Block0的原因是一般FLASH出廠(chǎng)時(shí)，都能保證Block0是完好的，因此可以避免壞塊問(wèn)題帶來(lái)的不便。SR其實(shí)就是一個(gè)定義好的數據結構，它包括媒質(zhì)信息和文件系統信息兩部分。媒質(zhì)信息包括FLASH存儲器的類(lèi)型、容量、塊類(lèi)型的大小和數量（BlockInfo）、FLASH 操作命令（CommandInfo）等。文件系統信息包括版本信息、各邏輯分區的起始地址（物理地址）和結束地址。FLASH設備可以被分成一個(gè)或多個(gè)邏輯分區，每個(gè)邏輯分區采用的操作方式可以互不相同，如圖1中Device0分區采用的是線(xiàn)性文件系統，Device1分區采用的是鏈式文件系統。如果采用的是線(xiàn)性文件系統，在分區信息后面加入文件索引表INDEX起始地址、大小等信息；如果采用的是鏈式文件系統，則加入文件系統頁(yè)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(yè)中，存放著(zhù)邏輯分區中文件的信息，如文件總數、每個(gè)文件的文件代號、位置、長(cháng)度以及校驗模式。其中，校驗模式用來(lái)標識文件讀寫(xiě)時(shí)采用差錯校驗的級別。不同類(lèi)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(gè)字節比較。 對于線(xiàn)性文件系統分區，所有文件順序存儲，讀取數據時(shí)，直接通過(guò)INDEX索引得到某個(gè)文件的邏輯起始地址，然后從這個(gè)地址開(kāi)始順序搜索，獲取某個(gè)偏移位置下的n個(gè)連續Byte。鏈式文件系統是將地址空間分成若干個(gè)等分，即Sector，它是操作的最小單位；一個(gè)大文件可以分布在不連續的多個(gè) Sector中，然后通過(guò)FAT表將它們連接起來(lái)；在FLASH介質(zhì)上實(shí)現鏈式文件系統，Sector大小的選擇是一個(gè)關(guān)鍵，由于FLASH的寫(xiě)操作，擦操作是以Page，Block為單位的，設小了使大塊結構的FLASH寫(xiě)操作復雜，設多了又浪費空間，因此最好的選擇是將Sector大小設為擦操作的最小單位16K。 整個(gè)邏輯分區中，INDEX,FAT,FRT表中的內容非常重要，一旦因為異常產(chǎn)生錯誤，可能會(huì )影響到所有文件；所以，這三個(gè)文件都做了備份處理，備份存放于不同的Block中。同時(shí)，在對他們處理時(shí)，改寫(xiě)表中的更新?tīng)顟B(tài)。0xff表示開(kāi)始更新,0x00表示更新結束。在文件系統初始化時(shí)，讀取它們的更新?tīng)顟B(tài)，如果表中的更新?tīng)顟B(tài)為0xff，說(shuō)明該表存在操作異常，可用備份表更正。 4.2 層次接口
1.操作系統層 在整個(gè)存儲系統中，操作系統扮演的是使用者的角色。當需要數據時(shí)，它通過(guò)調用文件系統層提供的接口函數獲取數據，它不關(guān)心數據的來(lái)源和正確性。 2.文件系統層 3.驅動(dòng)層 5 結論 |
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