- 相關(guān)推薦
嵌入式系統中的線(xiàn)性Flash文件系統設計
在嵌入式系統中，為了便于對閃存（Flash）空間進(jìn)行管理，會(huì )采用文件的形式來(lái)訪(fǎng)問(wèn)Flash。目前，可以購買(mǎi)到的Flash文件系統一般都是兼容DOS的文件系統（Flash File System，FFS），這對需要一個(gè)具有復雜的目錄層次，并且DDS文件兼容的系統來(lái)說(shuō)是必要的；但是對大多數的嵌入式應用來(lái)說(shuō)，這種文件系統太過(guò)奢侈。筆者在參與嵌入式系統項目的時(shí)候，設計了一種線(xiàn)性文件系統，它適用于大多數的嵌入式應用對Flash文件系統的需求。
線(xiàn)性文件系統設計基于三個(gè)目標：一是提供給應用程序通過(guò)文件名而不是物理地址訪(fǎng)問(wèn)系統Flash的能力；二是文件系統的設計獨立于實(shí)時(shí)操作系統（RTOS），這樣可以很容易移植到不同的嵌入式應用中；三是設計統一的底層接口，適應不同的Flash類(lèi)型。本文設計的線(xiàn)性文件系統為典型的嵌入式系統提供了所需的類(lèi)文件系統能力。需要注意的是，本文件系統不支持復雜的Flash扇區擦寫(xiě)次數均衡算法，沒(méi)有目錄層次，并且和其它的文件系統不兼容。
1 線(xiàn)性文件系統
線(xiàn)性文件系統的設計思路是這樣的：文件分為文件頭和文件數據區兩個(gè)部分，每個(gè)文件按照順序存放在Flash中，以單向鏈表來(lái)鏈接文件。文件的起始部分是文件頭，包含文件的屬性、指向下一個(gè)文件頭的指針、文件頭和文件數據區的32位循環(huán)冗余校驗和（CRC32）等。文件頭用一個(gè)32位的字來(lái)表示文件屬性，每位表示一種屬性，如數據文件或者是可執行文件，是否已刪除的文件等，具體可以根據應用的需要來(lái)定義文件的屬性；文件頭和文件數據區維護獨立的CRC32校驗，使文件系統能更精確檢測文件的完整性。文件的起始地址沒(méi)有特殊需求，分配給文件系統的Flash大小限制了文件的大小。另外，線(xiàn)性文件系統作為嵌入式系統的一個(gè)功能模塊，它為應用程序提供與標準文件系統類(lèi)似的API接口，如：read()、write()、open（）、close()、stat()和seek（）等。對于同時(shí)在多片Flash的系統而言，每片Flash相當于一個(gè)目標，文件都可存儲在任何一片中（當然受物理空間限制），但不能跨片存儲。
圖1 Flash文件系統空間
在第一個(gè)文件創(chuàng )建之前，必須進(jìn)行初始化，將所有分配給文件系統的Flash空間擦除。當創(chuàng )建第一個(gè)文件時(shí)，起始位置從文件系統的起始地址開(kāi)始，文件頭指針指向下一個(gè)空文件的起始位置（鏈表尾部）；第二個(gè)文件的位置從當前的鏈表尾部開(kāi)始，同時(shí)文件頭中的鏈表指針指向新的尾部。刪除文件時(shí)，僅僅是簡(jiǎn)單地把文件頭的標識位中的活動(dòng)文件標識位置0，表示刪除。這樣，在經(jīng)過(guò)多次刪除之后，就有必要運行碎片整理模塊來(lái)進(jìn)行文件系統Flash空間的碎片整理。碎片整理模塊還需要在文件系統Flash空間尾部留一個(gè)扇區來(lái)數據備份，以便當碎片整理被打斷時(shí)（如下電或者復位）可以恢復文件系統。這個(gè)保留的扇區稱(chēng)空閑扇區。它必須放在文件系統空間之后，這樣可以保證文件系統的所有文件在所占用的Flash空間是連續的。整個(gè)文件空間的分配如圖1所示。
陰影部分是文件頭，數據結構如下：
struct hdr{
unsigned short hdrsize; /*文件頭字節數*/
long filsize; /*文件頭版本*/
long filsize; /*文件大小*/
long flags; /*描述文件的標識*/
unsigned long filcrc； /*文件數據的CRC32的值*/
unsigned long hdrcec; /*文件的最后修改時(shí)間*/
struct hdr *next; /*指向下一個(gè)文件頭的指針*/
char name[NAMESIZE]; /*文件名*/
char info[INFOSIZE]; /*文件描述信息*/
};
碎片整個(gè)記錄區包含兩種數據類(lèi)型：碎片整理文件頭信息表defraghdr和文件區扇區整理前后的CRC值備份表sectorcre。具體的地址分配從空閑扇區的起始地址減1開(kāi)始，往前分配文件系統扇區數乘以4字節作為sectorcrc的空間；從sectorcrc起始地址減1開(kāi)始，往前分配活動(dòng)文件個(gè)數乘以64字節作為碎片整理文件頭信息表。這兩個(gè)結構定義如下：
struct defraghdr{
struct hdr *ohdr; /*文件頭的原始位置指針*/
struct hdr *nextfile; /*指向下一個(gè)文件的指針*/
long filsize; /*文件大小*/
unsigned long crc; /*這個(gè)頭的CRC32值*/
unsigned long ohdrcrc; /*原始文件頭CRC32值的拷貝*/
long idx; /*碎片整理表頭的索引*/
long nesn; /*新的文件尾的扇區號*/
long neso; /*新的文件尾的扇區偏移量*/
char *nda; /*新的文件起始地址*/
char fname[NAMESIZE]; /*文件名*/
};
struct sectorcrc{
unsigned long precrc; /*碎片整理前扇區數據CRC32的值*/
unsigned long postcrc; /*碎片整理后扇區數據CRC32的值*/
}；
從上面介紹可知，除了文件數據之外，文件系統還需要如下4種額外的開(kāi)銷(xiāo)。
①文件頭：這是每個(gè)文件必須的開(kāi)銷(xiāo)，如果文件名和信息域各24字節，那么整個(gè)文件頭共76字節。
②碎片整理文件頭信息表：每個(gè)活動(dòng)（非刪除）的文件在進(jìn)行碎片整理時(shí)在這個(gè)表里創(chuàng )建一個(gè)表項，每個(gè)表項64字節。
③碎片整理前后的扇區CRC32值表：保存文件整理前后的CRC32值，總的字節數約為文件所占扇區數的4倍。
④空閑塊：用來(lái)在碎片整理過(guò)程中備份當前整理扇區數據。
【嵌入式系統中的線(xiàn)性Flash文件系統設計】相關(guān)文章：
嵌入式系統中的Flash存儲管理03-18
UML 在嵌入式系統設計中的應用03-18
嵌入式系統中的PS/2接口設計11-22
嵌入式系統中的CACHE問(wèn)題03-19
嵌入式系統中“軟外設”的研究03-19
嵌入式系統中的內存壓縮技術(shù)03-18
ARM7TDMI-S在嵌入式系統中的Bootloader代碼設計03-18
面向對象的嵌入式系統設計方法03-18