嵌入式Flash文件系统的设计与实现

第３６卷　

Ｖｏ１．３６　第８期　

Ｎｏ．８　计算机工程　

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２０１０年４月　

Ａｐｒｉｌ　２０１０　

・软件技术与数据库・　文章编号：ｌ０００—３４２８（２０１０）０８－－００８８－＿０３　文献标识码：Ａ　中圈分类号：ＴＰ３３３　

Ｆｌａｓｈ存储管理在嵌入式系统中的实现　

刘会忠　，程煜　，袁达　

（１河北省应用数学研究所，石家庄０５００８１；２．河北省科技成果转化中心，石家庄０５００２１）　

摘要：针对大容量存储管理问题，论述管理ＮＡＮＤ　Ｆｌａｓｈ系统中直接寻址的算法实现，提出建立节点树、底层节点动态位宽等概念，实　现对不同类型闪存进行灵活可变的直接寻址。通过建立页数组增大文件系统的直接寻址范围，根据区块数据不同的更新频率分别设计动态　

损耗均衡算法和静态损耗均衡算法，用于实现需求块回收和损耗均衡。　

关健词：文件系统；节点树；动态位宽；阈值　

Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　０ｆ　Ｆｌａｓｈ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｉｎ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｓｙｓｔｅｍ　

ＬＩＵ　Ｈｕｉ．ｚｈｏｎｇ　．ＣＨＥＮＧ　Ｙｕ　．ＹＵＡＮ　Ｄａ　

（１．ＨｅｂｅｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　０５００８１；２．Ｈｅｂｅｉ　ＳｃｉｅｎｃｅＣｏｎｖｅｒｔＣｅｎｔｅｒ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　０５００２１）　

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｓｙｓｔｅｍ’Ｓ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ａ　ｄｉｒｅｃｔ　ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｓ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｉｎ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｆｉｌｅ　ｓｙｓｔｅｍ．　

Ｔｎｏｄｅ—ｔｒｅｅ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ—ＴｎｏｄｅＷｉｄｔｈ　ａｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔＯ　ａｄｄｒｅｓｓ　ｍｏｓｔ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ＮＡＮＤ　ｆｌａｓｈ，ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｃｈｕｎｋ　ｇｒｏｕｐ　ｉｓ　ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ．Ｔｈｅ　Ｄｙｎａｍｉｃ　ｗｅａｒ－ｌｅｖｅｌｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ａｎｄ　ｓｔａｔｉｃ　ｗｅａｒ－ｌｅｖｅｌｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｅｒａｓｉｎｇ　ｔｉｍｅｓ　ｏｆ　ｂｌｏｃｋ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｔＯ　ｒｅａｌｉｚｅ　Ｔｈｅ　ｇａｒｂａｇｅ—　

第５卷茄ｌ期　２００６年２月　江南大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｕｔｈｅｒｎ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏｌ＿５　Ｆｅｂ．　ＮＯ．１　２００６　

文章编号：１６７ｌ一７１４７（２００６）０１～０００Ｉ一０５　

基于Ｆｌａｓｈ存储器的嵌入式文件系统设计　

吉　峰，　白瑞林　

（江南大学控制科学与工程研究中心，江苏无锡２１４１２２）　

摘　要：针对Ｆｌａｓｈ存储器的特点，设计了一种适合开源实时操作的嵌入式文件系统．该系统设计　依据日志文件系统原理，实现了Ｆｌａｓｈ存储器和内存中的数据结构及特殊处理机制，并基于　Ｃ／　

ＯＳ—ＩＩ和三星￥４５１ＯＢ完成了该文件系统的测试．该嵌入式文件系统可进行断电恢复，其代码精简，　占用系统资源少，执行效率高，有较高的安全性．　关键词：Ｆｌａｓｈ存储器；嵌入式；文件系统　

中图分类号：ＴＰ　３１１．１　文献标识码：Ａ　

Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｆｉｌｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｆｌａｓｈ　Ｍｅｍｏｒｙ　

儿Ｆｅｎｇ，　ＢＡＩ　Ｒｕｉ—ｌｉｎ　

（Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｓｏｕｔｈｅｒｎ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ　２１４１２２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｆｌａｓｈ　ｍｅｍｏｒｙ，ａ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｆｉｌｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ　

ｆｉｔｓ　ｆｏｒ　ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ｏｐｅｎ　ｓｏｕｒｃｅ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｌｏｇ—ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ　

ｆｉｌｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｗｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｆｉｌｅ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　

271 DOI：10.3969/j.jssn.1009-9492.2016.z1.068 基于Nand Flash的嵌入式Linux文件系统设计 唐玮 任世琦 郭彦涛 （广东安居宝数码科技股份有限公司 广东省广州市 510000） 摘要： 本文根据NAND Flash的特点，以及嵌入式Linux系统自身存在一些特殊要求，在TI DM365平台上设计了一个基于NAND Flash的嵌入式Linux文件系统，介绍了文件系统架构和功能特点，描述了一个可靠、健壮、实用的文件系统设计方案。 关键词： 嵌入式；Linux文件系统；YAFFS2；CRAMFS；NAND Flash 中图分类号：TP311.52 文献标识码：B 文章编号：1009-9492（2016）z1-0271-03 The Design of Embedded Linux file system based on Nand Flash TangWei, RenShiqi, GuoYantao (GuangDong Anjubao digital technology co,ltd, GuangZhou city, 510000, China) Abstract: This paper describes a reliable and practical embedded Linux system according with the special requirements of Linux system and the specifics of NAND Flash. The system is based on DM365 ,an TI CPU with ARM core, and NAND Flash. Keywords: Embedded; Linux file system; Yaffs2 CRAMFS; NAND Flash 0 引言 现在电子行业嵌入式设备应用越来越广泛，存储模块是系统的重要单元。目前嵌入式Linux系统都使用闪存（Flash Memory）作为系统和数据存储器，闪存是电可擦写只读存储器的一种。市场上常见的有NOR和NAND两种类型，由于NOR的存储容量小（最大16MB），写入和擦除速度慢。NAND flash其内部采用非线性宏单元模式，为固态大容量存储器的实现提供了廉价有效的解决方案。具有容量较大，擦写速度快等特点。NOR flash存储器的内部结构决定它不适合朝大容量发展;而NAND flash存储器结构则能提供极高的单元密度，可以达到很大的存储容量，并且写入和擦除的速度也很快。[i]而基于Linux嵌入式系统需要存放u-boot、kernel、file system最基本的系统环境，此外还有应用程序和数据。而NAND Flash更加便宜，因此常需要大容量的存储器，使用NAND Flash更具优势。 基于闪存的Linux file system常用的有YAFFS2、CRAMFS、JFFS2等。本文采用TI公司的DM365平台，以镁光公司的MT29F16G08FAA芯片为例，介绍了以NAND flash为存储模块，以CRAMFS作为根文件系统，使用YAFFS2作为用户文件系统，通过在/etc/fstab中配置挂载用户可写块，便可以保证用户可以自由进行写文件操作，提高了文件系统的安全性和运行速度，不失为一种优良的嵌入式文件系统解决方案。 1 NAND Flash概述： NAND Flash最初由东芝公司发布其存储结构，在降低每一个Bit的成本和提高存储容量，并同时拥有更高的性能。NAND Flash具有非易失性、可重复编程、低功耗、可按页、块擦除等特点，并且功耗极低，因此广泛应用于嵌入式设备中。 一块NAND Flash芯片由很多个块（Block）组成，每个块里面又包含了很多页（Page），现在常见的NAND每个Page多数是2KB，每一个页，对应还有一块区域，叫做空闲区域（spare area）/冗余区域（redundant area），而Linux系统中，一般叫做OOB（Out Of Band），这个区域，是最初基于NAND Flash的硬件特性，数据在读写时候相对容易错误，所以为了保证数据的正确性，必须要有对应的检测和纠错机制，此机制被叫做ECC（Error Checking and Correcting），所以设计了多余的区域，用于放置数据的校验值。

１３０　福建电脑　２００６年第２期　

嵌入式工业控制系统的Ｆｌａｓｈ文件存储系统　

鲍国彬　

（福州大学数学与计算机学院福建福州３５０００２）　

【摘要】　本文根据工业控制系统的要求，并针对Ｎａｎｄ型Ｆｌａｓｈ存储器的特点，设计了一个适合嵌入式系统需要　

的文件系统。本文件系统利用了原有的ＦＡＴ文件系统，设计一个Ｆｌａｓｈ存储器ＩＯ接口设计与之相组合，组成一个完整　

的文件系统。设计时遵循文件系统的规范，制定了统一的接口和标准的ＡＰＩ函数，具有良好的可移植性和兼容性。　

【关键宇】嵌入式Ｎａｎｄ存储器ＦＡＴ文件系统工业控制　

ｌ引言　

以标准的计算机技术为核心的嵌入式系统。由于可以与各　

种各样的复杂的设备有机地结合在一起，非常灵活地实现各种　

监测、控制和管理功能。已经成为工业控制领域广为接受并得到　

大力发展的产品和技术方案。随着工业控制系统对功能、性能和　

可靠性要求的不断提高，高可靠性嵌入式系统作为新一代工业　

控制系统的核心技术和产品。正在被越来越多的客户和供应商　

所关注，新技术、新产品、新方案层出不穷。要适应震动、潮湿、超　

高温和超低温（一５５。Ｃ／＋８５。Ｃ）等恶劣的工作环境。采用硬盘等类　

似转动设备，无法适应该环境，而Ｎａｎｄ型Ｆｌａｓｈ作为存储设备　

能较强的适应该恶劣环境。为了使用方便。就需要在Ｎａｎｄ型　

Ｆｌａｓｈ上设计并实现一个适应嵌入式工业控制使用要求的文件系　

统。　

２　Ｎａｎｄ型Ｆｌａｓｈ的存储编程特点　

Ｆｌａｓｈ写：由ｌ变为０，可以写，变为０后，不能通过写再变为　

ｌ，写以页为单位。Ｆｌａｓｈ擦除：由０变为ｌ，不能只某位单元进行　

擦除．要以块为单位进行擦除啊，那就意味着整块都变成ｌ。　

Ｆｌａｓｈ读：以页为单位进行读。　

３　ＦＡＴ文件系统的设计　

适应当前在工业控制系统中存储要求．我选用ＦＡＴ文件系　

统，根据ＦＡＴ文件系统的设计思想，将ＦＡＴ文件系统具体分为　

以下四部分：　

（１）ＦＡＴ的引导区　

该引导区存放代码所需的信息及最重要的文件系统信息。