嵌入式VDK文件系统的实现

Blackfin（BF）系列DSP是ADI公司和Intel公司共同开发的DSP,采用了一种新型结构MSA.BF系列中的BF537具有较块的运算速度和丰富的接口资源，长于控制和视频图像处理，且其带有符合IEEE 802.3规范的以太网控制器，如果在BF537中移植带有LwIP协议栈的VDK工程，并利用网络芯片对537进行扩展，就能便捷地实现嵌入式系统与因特网的通信。

由于低功耗、数据非易失、存储速度快、存储密度大等优点，Nand Flash在闪存行列中脱颖而出，常被用作大容量数据的存储媒质。随着存储系统容量和存取速度的不断提升，构建嵌入式文件系统来实现存储系统中数据的管理。

1 VDK与嵌入式文件系统

1.1 VDK简介

VDK（Visual DSP Kernel）是ADI公司针对Blackfin系列DSP处理器特别开发的"小而健壮"的轻量级内核，特别适合编写需要精确控制的代码，是一个提供了丰富的API函数库，同时支持轻量级IP协议栈（LwIP）的RTOS。

VDK功能全面，具有线程、信号量、事件与事件位、消息、关键域与禁止调度域等特征。内核通过协同多任务和时间片轮转的方式来管理和协调线程，这种方式称为"调度".VDK运用程序可分为两部分：线程域和中断域。线程域中的调度称为"软件调度",由内核完成；中断域中的调度称为"硬件调度",由中断控制器完成。后者的优先级高于前者，而设备驱动是两者沟通的桥梁。

然而VDK只是一个"裸核",不提供文件系统的支持，如果需要基于VDK实现文件系统，用户必须自己编写各种接口函数的代码。

1.2 基于Nand Flash的嵌入式文件系统简介

Flash文件系统主要有开源的和商业的两类。开源的Flash文件系统，有JFFS、JFFS2、YAFS等。JFFS采用高效的日志文件系统，具有掉电安全、脏块回收、磨损均衡等特性，主要用于嵌入式Linux.Red Hat公司后来在JFFS基础上进行升级，发展出JSSF2.JSSF2采用哈希表的日志节点结构，加快了节点的操作速度。YAFFS也是基于日志结构的文件系统，相比JFFS,YAFFS减少了一些功能，但降低了内存占用率，提高了访问速度。

商业Flash文件系统主要有TrueFFS和TransactiONFFS.前者用于仿真硬盘驱动，利用冗余数据结构保证可靠的数据操作，并能均匀使用Flash.后者使用事务记录方案，运用程序可通过FAL访问文件系统。

2 嵌入式系统的硬件平台

基于BF537的嵌入式系统硬件平台的框图如图1所示。

图1 嵌入式系统硬件平台

LAN8187用于对BF537的以太网控制器进行扩展，使其能够通过以太网络与上位机进行通信。

BF537外挂了两片Nor Flash芯片作为其异步外存。程序Nor Flash用于存储运行程序代码，数据Flash主要用于存储文件系统运行所需的数据，例如文件目录表、地址映射表等。XC4VFX100用于处理数据流的速度、解析和转发BF537的命令，配合BF537对存储阵列进行管理。

3 嵌入式文件系统设计

3.1 文件目录表

考虑到存储系统的存储速度较快，且文件数目较少的特点，文件目录表采用线性表的方式。格式如表1所示，其中的"更新次数"用于记录存放文件目录表数据Nor Flash的编程次数。

表1 文件目录表格式

文件系统采用Nor Flash中的一个64 kB的数据块实时记录文件目录表。出于磨损均衡的考虑，如果数据块的编程次数超过规定的阈值，文件系统将自动跳到Nor Flash的下一个64 kB的数据块记录文件目录表。

文件索引采用类似日志记录的方式，每个文件索引作为文件目录表的一个节点。文件系统进行文件操作时，可以根据具体操作要求，实时搜索、增删和标记索引节点，文件索引格式如表2所示。

表2 文件索引格式

文件存储时，主线程遍历文件目录表的节点信息，计算出当前存储的起始块地址，然后向存储阵列发出开始存储的命令，随后将控制权交给中断域。一旦接收到存储阵列的地址请求信号，运用程序进入中断，在中断域中向文件存储子线程发出信号，以发送当前地址信息，如此反复。如果主线程接收到用户停止存储的命令，将立即关闭中断，取得控制权，接着将最新的文件信息更新到文件目录表的最后位置，作为最新的节点。

文件下载时，主线程遍历文件目录表，找到相应的文件索引信息，然后发送消息给文件下载子线程，开始对指定文件进行下载。如果需要删除某个文件，在遍历目录表找到指定文件的信息后，先发送地址将存储阵列相应数据块的信息擦除，然后将该文件索引信息的"文件标记"置为"删除"标记。

3.2 地址映射表

地址映射是文件系统的核心。文件系统将整个存储阵列作为一个独立的地址空间，统一编址。通过定义一个地址缓冲区，将其相应的偏移地址作为Nand Flash的物理地址，并根据坏块信息对缓冲区相应偏移地址的单元做坏块或有效块的