适宜于嵌入式多媒体应用的flash文件系统

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1、适宜于嵌入式多媒体应用的Flash文件系统

2、第1...关键词：嵌入式系统多媒体Flash存储器文件系统随着电子技术的不断发展，嵌入式系统越来越多地在控制类、消费类、通讯类等电子产品广泛应用，并且随着数字信号处理与人机交互界面等相关技术的不断成熟，嵌入式多媒体应用数量也逐渐上升。多媒体业务的数据量大，数据内容复杂，在多媒体应用中数据的存储与管理是不容回避的问题。Flash存储器制造成本低廉、存储容量大、数据非易失、无机械故障，在目前的嵌入式系统中被广泛用作外存储器件。然而Flash存储器却是一种数据正确性非理想的器件，应用中可能会出现坏损数据单元，这又给应用Flash存储器嵌入式系统进行

3、数据存储管理增添了新的难度[1]。在嵌入式系统中应用Flash存储器最好的办法是在其上构造一个文件系统，对Flash存储器中的数据内容进行基于文件代号的存储管理，同时对于Flash存储器本身的坏损单元自动进行应用透明的坏损管理。目前在通用计算机上已经有很多成熟的文件系统，如DOS下的FAT文件系统、S-DOSFAT文件系统中有12位、16位、32位三种不同的FAT格式。考虑到在微处理器上实现的方便性并权衡Flash文件系统应用的规模，选择将文件分配表固定为16位的格式。（3）文件登记表（FRT，FileRegisterTable）存放着Flash文件系统中每一个文件的文件代号、文件长度

4、、文件属性以及该文件的存储链在文件分配表中的入口。考虑到嵌入式系统的应用范围，本Flash文件系统不支持子目标结构。（4）数据区域（DataArea）用于存放文件的数据内容。本Flash文件系统中，数据分配的最小单位是Flash存储器的一个基本擦除单元，即一个物理区块（Block）。本Flash文件系统提供：文件系统的格式化（Format）、文件的创建（Create）、删除（Delete）、打开（Open）、关闭（Close）、读（Read）、写（S-DOS的FAT文件系统中，仅仅对数据区域提供坏损管理，而对于它的主引导记录、文件分配表和根目录这三个极重要的文件系统数据结构却未做任何保

5、护（虽然MS-DOS的FAT文件系统中存在着两张FAT表，但是DOS只是简单地复写第二张FAT表而从不使用它）。一旦这三个区域的内容出现一点失效，将必然导致文件数据的大量损失。另外，如果这些数据结构的存储区域发生物理性损坏，更会导致整张磁盘的报废。这在由Flash存储器占据很大成本比重的嵌入式应用中，是非常不希望的。归结起来，嵌入式系统中的Flash存储器主要面临两大类不稳定因素：一是Flash存储器本身可能出现物理性的损坏；二是嵌入式系统面对较多的突发掉电与重启动，造成Flash存储器写操作的异常终止。针对Flash存储器的物理损霈问题，除对文件数据区域提供坏损管理外，还将系统记录、

6、文件分配表和文件登记表这三个文件系统重要数据结构采用浮动位置的方法存储。即不仅对文件数据存储进行动态的分配管理，对于Flash文件系统中这三个重要数据结构也不固定其存储位置。这样可以避免因它们的存储区域发生物理损坏造成整个文件系统失效。具体做法是：对于系统记录定义一个系统记录保留区，将系统记录存在这个区域内，确切的位置在文件系统初始的时候通过标识幻数（MagicNumber）的方法扫描找到；而文件分配表和文件登记表则存放在文件数据区域内，通过系统记录中的索引项找到。针对Flash存储器的写操作异常终止问题，将6系统记录、文件分配表和文件登记表这三个对Flash文件系统最重要的数据结构均

7、进行双份的存储改善其安全性。在文件系统的操作中，程序对每一个表结构的两个备份进行顺次修改，以此确保Flash存储器上总是存有一整套完好的系统记录表、文件分配表和文件登记表。在系统被启动运行时，文件系统会首先进行自检，通过这三个表结构中的标识幻数，以及最开关和最末尾的更新序列号可以确定每一张表备份的合法性和时效性，判断出前次系统关闭中存在着的操作异常终止并及时更正。通过这样的设计，即使文件系统大使用中出现了写操作异常终止的情况，错误将只涉及当时被操作的文件数据，不会扩散给Flash文件系统中的其它文件，更不会因此损坏三个文件系统表结构，造成整个文件系统的彻底瘫痪。通过以上两个方面的改进，

8、本Flash文件系统的可靠性比于MS-DOSFAT文件系统有了很大的提高。从实验1和实验2的仿真结构可以看到，即使在Flash极不可靠和写操作异常防止频发的最恶劣工作条件下，本Flash文件系统也能够保持可靠工作，从而使之能够适合于嵌入式系统的应用。实验1高坏损率状况下本Flash文件系统的可靠工作实验条件Flash存储器规格：16KB/Block×1024Block，设定Flash页面的写入坏损概率为1%，对单一文件重复进行（打开文件，写入1