基于FLASH的嵌入式存储系统设计

文件登记表FRT位于FAT后的页中，存放着逻辑分区中文件的信息，如文件总数、每个文件的文件代号、位置、长度以及校验模式。其中，校验模式用来标识文件读写时采用差错校验的级别。不同类型的文件采用不同级别的校验方式。0级不进行校验，1级ECC校验，2级逐个字节比较。

对于线性文件系统分区，所有文件顺序存储，读取数据时，直接通过INDEX索引得到某个文件的逻辑起始地址，然后从这个地址开始顺序搜索，获取某个偏移位置下的n个连续Byte。链式文件系统是将地址空间分成若干个等分，即Sector，它是操作的最小单位；一个大文件可以分布在不连续的多个 Sector中，然后通过FAT表将它们连接起来；在FLASH介质上实现链式文件系统，Sector大小的选择是一个关键，由于FLASH的写操作，擦操作是以Page，Block为单位的，设小了使大块结构的FLASH写操作复杂，设多了又浪费空间，因此最好的选择是将Sector大小设为擦操作的最小单位16K。

整个逻辑分区中，INDEX,FAT,FRT表中的内容非常重要，一旦因为异常产生错误，可能会影响到所有文件；所以，这三个文件都做了备份处理，备份存放于不同的Block中。同时，在对他们处理时，改写表中的更新状态。0xff表示开始更新,0x00表示更新结束。在文件系统初始化时，读取它们的更新状态，如果表中的更新状态为0xff，说明该表存在操作异常，可用备份表更正。

4.2　层次接口

整个存储系统分成三层，如图2所示。

（1）操作系统层

在整个存储系统中，操作系统扮演的是使用者的角色。当需要数据时，它通过调用文件系统层提供的接口函数获取数据，它不关心数据的来源和正确性。

（2）文件系统层

文件系统层的任务是实现它和操作系统层的函数接口。在实现方式上，线性文件系统和链式文件系统有较大区别。比如文件读取mfread,线性文件系统直接读取所要的字节，而链式文件系统是每次先把对应的整个页读到文件缓冲区，然后再把所需数据拷贝到读到指定内存。文件删除mfdelete，线性文件系统需要重新整理，不然就会因为大量的数据空洞（由于空间太小，无法放入新文件的小块区域）使得系统很快没有可用空间。链式文件系统只需修改文件系统的 FAT和FRT，而不用做其他任何处理，当下次写入操作用到该块时，自动完成擦除。

（3）驱动层

驱动层的任务是完成与FLASH之间的通讯协议，实现它和文件系统层的函数接口。接口函数包括页面读mPageRead，页面写mPageWrite, 块擦除mBlockErase, 随机读取mRnRead, 随机写入mRnWrite。mPageRead，mPageWrite，mBlockErase对整页或块进行操作，在链式文件系统中调用； mRnRead, mRnWrite对字节单位进行操作，在线性文件系统中调用。其中mRnWrite比较麻烦，以写一个Byte为例，它的操作分三步，首先将目标块中的所有数据读到内存Buffer中，然后将要写入的数据更新到Buffer，擦除目标块，最后将已更新的Buffer写回到目标块,这里的Buffer大小是一个Block。由于嵌入式系统的内存资源比较紧张，系统采用了块交换技术以降低成本,方法是在FLASH中搜索一个空闲块，用它充当Buffer的角色。

5 结论

通过上面的设计，所实现的存储系统具有以下的特点：

（1）使用通用模式设计，增强了系统对FLASH设备的兼容性；

（2）使用双模式文件结构设计，使不同类型的数据处理效率同时达到最优；（3）使用地址映射表，屏蔽了坏块带来的隐患，增强了系统的健壮性；

（4）对重要数据采用备份保护，保证不会因为断电等异常导致系统的崩溃，增强了系统稳定性；

（5）采用块交换技术，节约系统成本；

（6）进行分级差错校验，提高了系统的执行效率。