嵌入式VDK文件系统的实现

标记。文件系统在实际操作中，可"查询"地址缓冲区，如果地址缓冲区某偏移地址为坏块标记，则抛弃，继续查询下一个偏移地址的标记，如为有效块标记，则将此偏移地址作为存储阵列的有效物理块地址。

为提高存储效率和方便管理，地址缓冲区的内容会被记录在数据Nor Flash中，作为一个"地址映射表".地址映射表体积不大，烧写到Nor Flash时，可将烧写代码推入到VDK的"关键域"中，因为烧写时间小于两次中断间隔，这样既不会照成中断延时，又能保证烧写工作一次完成。

硬件平台上电后，系统启动线程首先读取Nor Flash中的地址映射表到地址缓冲区，随后基于地址缓冲区进行文件管理；如需更新坏块信息，首先更新地址缓冲区，然后将地址缓冲区内容记录到Nor Flash中。故而名为"映射",实质是一种"标记"的方法。地址映射机制如图2所示。

图2 地址映射机表的设置与使用

3.3 坏块回收

Nand Flash芯片在出厂时就存在随机坏块，同时随着使用时间的推移，一些有效块也会因为编程的原因成为新的坏块，故而存储阵列在使用一段时间后，应当更新坏块信息。考虑到阵列中文件的安全性和完整性，系统设置为存储阵列为空时方能更新坏块信息。

格式化整个阵列后，存储阵列中的FPGA芯片依次读取每个数据块的第一页数据，如果发现非0xFF数据的个数超过设定阈值，就认为此数据块为坏块。之所以设定阈值而不是一有非0xFF数据就视为坏块，是为了克服数据读取的不稳定性。

BF537读取存储阵列传送来最新坏块信息后，按照图2中地址映射表设置的办法，首先更新地址映射缓冲区，随即将地址映射缓冲区的内容实时更新到数据Nor Flash中，保持两者的同步。

由于坏块信息更新的时间可能较长，更新工作放在主线程中可能造成较大时延，影响主线程对用户命令的响应，所以坏块回收与标记可放在子线程中。

3.4 磨损均衡

Nand Flash芯片的编程次数有限，如果对某个数据块操作过于频繁，将迅速缩短其使用寿命，最终成为坏块，乃至影响整个芯片的使用。如果均衡地使用Flash芯片的每个数据块，对其操作的概率在较长时间内大体相当，这样不仅能减少芯片坏块的比例，也能延长存储阵列的使用寿命。

开源和商业的文件系统，都有较为完备的脏块回收和磨损均衡的机制，但是其算法往往较复杂，同时需要将运行信息实时更新到Flash芯片中。在存储速率要求很高的情况下，复杂的机制对存储速率将不可避免地造成影响。

文件系统关于磨损均衡的解决方案主要是顺序存储和阵列整理。文件存储时，并不使用"链式存储",填充文件删除所留下的"空洞",而采用"连续存储"的方式，将最新的文件存储到当前所有文件的末尾。这样不仅编程简单，而且存储阵列在一段时间后可能会被耗尽，此时如果删除尾部的某些文件，那么下个的文件可以存储在这些空余出来的位置；如果利用阵列整理功能将当前文件"压缩"为连续紧凑的文件序列，去除文件删除时留下的空洞，这样整理出来的空间也可以继续用于下次存储。

3.5 掉电保护

嵌入式系统硬件平台的工作环境一般较为恶劣，电源模块随时会有停止供电的可能。故而掉电保护是嵌入式文件系统设计的重点和难点。

微软的FNT文件系统的掉电保护主要针对FAT表，本文件系统也是基于这个理念。开始文件存储时，子线程对发送的块地址数目做一个计数，当计数量达到设定的阈值N后，将新文件的信息更新到文件目录表缓冲区中，并立即将文件目录表更新到Nor Flash中，两个更新的操作不能被中断，故而将这段代码推入到关键域中。随后将计数值清零，重新开始前一过程。如果在存储过程中掉电，重新上电启动后，开始新的存储，系统会自动查询存储阵列最后一个文件的状态标记，如果标记为暂存，则判定最后一个文件在存储时遇到了掉电的情况，那么系统自动擦除该文件接下来N个数据块的信息，然后最后一个文件开始新的存储。

文件删除操作是在删除动作完成后才更新文件目录表，如果在删除过程中掉电，那么上电后，用户可以对该文件重新删除。文件的拷贝和剪切是在操作前更新文件目录表，如果在操作过程中出现断电，重新上电后，用户可先删除拷贝后的新的文件，去除残块，然后开始新的操作。

4 结束语

介绍的嵌入式文件系统已在项目中成功投入使用，当然仍有许多方面需要改进。例如文件目录表如果较长，线性遍历耗时也会相对较长；文件目录表没有备份，如果更新文件列表时存储系统出现掉电，该如何应对等。VDK是ADI公司为自己的集成开发环境量身打造的内核，相对于Linux等开源系统来说，使用范围可能较窄，但基于ADI的DSP使用自然有其得天独厚的优势。