基于flash存储器的嵌入式文件系统的设计与实现

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1、基于FLASH存储器的嵌入式文件系统的设计与实现

2、第1摘要：基于FLASH存储器的嵌入式文件系统要求：实现数据可维护性；提高数据安全性；针对FLASH的特性进行合理的优化。我们以嵌入式操作系统ASIXOS中的文件系统为实例，从存储空间管理，文件实现，目录实现，多任务的实现四个方面描述文件系统基本功能的设计，接着提出了针对FLASH作为存储介质的嵌入式文件系统的优化设计。关键词：嵌入式；操作系统；文件系统FLASH；设计；实现　　在嵌入式手持移动终端中，应用程序需要存储和检索大量的用户信息，这些信息在应用程序退出时应该被记录保存下来，同时这

3、些信息要能被多个应用程序并发使用，比如本中的数据要能够被，短消息，名片等多个应用程序共享。为达到以上要求，就引出了文件的概念，把这些用户信息以文件的形式存储在外部介质上，独立于任何应用程序。　　目前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、中的FILE－S结构体的数组，用来保存已打开的文件信息，数组的大小就是当前文件系统中支持同时打开文件的最大数目。在实际系统中我们用宏定义了数组的大小，便于今后修改。FILE层模块负责所有文件I／O的打开和终止，维护设备的输入输出，调度，修改文件当前状态等工作。　　FCB层模块处理

4、主存与辅存系统之间的数据交换，提供一整套文件的FCB在FLASH和RAM之间的映射关系。所谓FCB就是filecontrolblock的缩写。　　Block层模块完成在辅存中动态的申请和释放Block块的工作，同时维护BlockBitmap表。这张表记录了当前Block块使用和空闲状态。　　I／O缓冲层模块直接调用驱动的读写函数，完成FLASH和RAM中数据的交互。为了增强FLASH文件系统在不同FLASH存储器上的移植能力，设计时把它独立出来。2　文件系统基本功能的实现　　　　从基本功能的角度来说，文件系统首先要能够实现存储空间管理，文

5、件管理，目录管理以及多任务的支持。以下就是ASIXOS中文件系统几种功能的实现方式。①　存储空间管理　　同大多数文件系统一样，我们把文件划分为固定大小的块（Block）来存储，各个块之间不必相邻。块大小是设计时要考虑的重要因素。块越小，每个块内碎片造成的空间的浪费就越小，FLASH存储信息的效率就越高。但是时间和空间永远是一对矛盾体，随着块变小，读取文件的时间也会增加。考虑到嵌入式系统中文件的大小不会太大，初步确定每个块的大小在64～2048byte之间。在I／O缓冲模块完成构建后，通过进行效率方面的模拟测试，考虑到时空效率上的折中，我们

6、用宏定义块的大小是512byte。这样我们就达到了前面提到的从系统角度根据数据吞吐量，从用户角度根据相应时间，优化性能的目的。　　一旦确定了块大小，文件系统还需要能够记录块的使用情况，以便在出现新文件和现有文件增长时知道可以使用哪些块。在这里我们使用了向量位表，每一位上用1表示空闲，用0表示使用。这样对于每次擦写64kb，每个块大小512byte的FLASH来说，只需要128bit，即16byte就可以清楚记录当前所有块的使用情况。②　文件管理　　实现文件管理，最重要的一个问题是如何记录具体的文件使用到哪些块，以及这些块之间的顺序。以往的

7、文件系统多采用：连续分配，链接表分配，使用索引的链接表分配，i节点等方式来解决。例如，MSDOS中是使用索引的链接表分配，UNIX中是i节点。　　针对嵌入式系统的特点，我们汲取了UNIX中i节点的设计思想，并简化它，设计了主（辅）文件控制块的分配方式，具体结构如图2所示。它不但清楚的记录了文件数据块的地址及其之间的顺序，同时可以方便的进行文件控制块之间的索引。500)this.style.ouseg(this)">　　采用以上的结构，对于尺寸超出主文件控制块记录范围的文件，可以很方便的进行管理，如图3所示。500)this.style.o

8、useg(this)">③　目录管理　　对文件操作前，系统首先要利用用户给出的路径找到相应的目录，在目录中查找文件的信息。有关目录的实现，我们也借鉴了文件的实现思想。文件系统中的每个目录控制块占512byte，存放目录控制信息以及目录子项的标识信息。目录控制信息借用了主文件控制块结构描述，目录子项的标识信息就是下一级子目录和文件的信息。具体结构如图4、图5所示。500)this.style.ouseg(this)">　　从上面的描述，可以很清楚的看出已经实现了目录树的结构。500)this.style.ouseg(this)">④　多任务

9、的实现　　在每一个任务控制块中加上T－FSCB结构体，对每个任务所能打开的文件个数作出限制。这样在创建任务的时候，对T－FSCB结构体进行初始化，全部为0。在结构体T－FSCB中定义了T－FS