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VxWorks文件系统、Flash的TFFS设计与实现

作者:时间:2010-08-08来源:网络收藏

0 引言

的应用中,基于flash的通常都采用DOS+FAT+FTL的结构。

一般情况下,磁盘大多是基于sector的系统,磁盘按照物理上分为柱面、磁盘、扇区,扇区是基于块的文件系统操作的基本存储单位,磁盘的容量都是根据这些数据计算出来的,每个扇区大小通常都是512bytes。

文件系统中的DOSFS是MS-DOS兼容的文件系统,可基于块对物理介质进行操作。由于Fish的物理特性,对作基于块(不同于的擦除块)的操作必须由软件作封装,这就是所起的作用。

1 文件系统的总体结构

VxWorks文件系统的总体结构以及在整个文件系统的位置如图l所示。



Tomado下的文件系统是Tornado的一个可选组件,它可为种类繁多的设备提供一个统一的块设备接口。在Tornado2.2版本中自带的TFFS版本为2.0,在文件系统中,TFFS的功能相当于磁盘驱动,通过TFFS可使上层的DOSFS或RTll文件系统像操作普通的标准磁盘一样来操作Flash。

2 TFFS文件系统的分层

图2所示为TFFS文件系统的分层图。图中的Core Layer内核层可将其他层连接起来协同工作;翻译层主要DOS和TFFS之间的交互、管理文件系统和Flash各个物理块的关系,同时支持TFFS的各种功能,如磨损均衡、错误恢复等;MTD层执行底层的程序驱动(map、read、write、erase等);socket层的名称来源于可以插拔的socket存储卡,主要提供与具体的硬件板相关的驱动。



3 FTL层分析

FTL是TFFS文件系统的核心,它是PCMCIS的一项标准,意思是Flash Translation Laycr Specification,这种类型的文件系统是目前嵌入式系统中最流行的,很多公司都提供这种文件系统的相关解决方案。

PTL为DOS BPB/FAT与Flash之间的中间层,FTL利用现成的基于块的文件系统(例如DOSFS)来应用层的操作,实质上就是在Flash设备上模拟磁盘块设备的实现,为基于块的文件系统提供统一的接口。FTL通过以下几步来模拟磁盘驱动:首先是在Flash擦除块之外定义小的读写块(相当于磁盘扇区);其次是逻辑扇区(对块文件系统如DOSFS呈现的地址)和物理地址(Flash的实际地址)之间的转换;然后管理Flash,使得能在空闲的地方写入数据。其核心就是将DOS上的扇区映射到Flash上去。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/151704.htm

为了实现DOS层从逻辑上看扇区是连续的,可随时对任意bit读写操作,FTL必须提供对Flash芯片的管理,包括向上层(DOS层)提供可以任意读写的操作接口,向下对Flash的擦除、写入、读取统一管理,同时还必须提供磨损均衡,以防止一个擦除块提前损坏。

3.1 FTL的启动过程分析

在我们调用函数tffsDevCreate创建TFFS文件系统时,会以参数FL_MOUNT_VOLUME调用函数flcall→mountvolume→flmount→mountFTL,函数mountFTL是FTL层的加载函数人口,处理过程首先是初始化FTL,然后就可按下列步骤进行:

(1)查找第一个合法的unit头信息

合法性的判断依据是unit header头上的标志CISF..FTL100和部分头部的flag信息,由于bsp已把FS的相关信息注册到FTL的数据结构中,所以,FTL层可以找到第一块unit,并可以向后查,直到找到合法的unit为止。

(2)检验信息合法性

将所有有用的信息都读出到内部数据结构中后,即可检验信息合法性。由于unit header中的Unit ID和擦除次数都相同,所以整个文件系统的共用信息都可以从首先找到的头中读出来。

(3)给Mount每一个unit建立page表

这是mount最重要的过程,对每个unit调用mountunit()函数,并在mountunit()函数中首先判断,如果是非法unit,则作为交换unit,然后对每个BAM选项进行处理,并对垃圾BAM、空闲BAM进行统计,如果是缓冲的BAM数据和交换page的VBM,则将此page的逻辑扇区信息记录到内存的page表中,以便后续映射访问查询使用,而对于非缓冲的BAM数据,则不作处理,另外,对于交换page的VBM,则进行记录。考虑到上述过程,可见其系统中的page VBM和缓冲的数据BAM分布在各个unit的各个角落,需要将所有的VBM和缓冲数据BAM收集起来建立整个交换page表,这是FTL标准层时就要决定的。

(4)检验逻辑unit的完整性

当所有的unit都mount完成后,每个逻辑unit都应存在,否则mount失败。

(5)判断并关闭交换page

如果系统中已存在交换page,则对系统中存在的交换page进行关闭操作,以便后面检查page的完整性。

(6)检查page的完整性

系统中的page表必须是完整的,这个表中包含有缓冲的数据BAM映射信息和更重要的page映射信息,因此,缺少任何一个,都将导致DOS的虚拟扇区无法映射到相应的逻辑扇区。

从上述过程可见,整个mount过程是将文件系统信息读入内存数据结构并检验的过程,这个Mount PTL过程完成后,mountvolume ()函数即将隐蔽的0扇区和DOS的启动扇区信息读入内存数据结构,这样,DOS就可以访问FTL底层扇区了。

3.2 TFFS的块映射

图3中,FTL层将DOS上连续的扇区映射到Flash上某个R/W block块中,同时在某个位置记录一个映射表(称为MAP表),该表中记录了DOS的扇区映射到Flash中的哪个block,当DOS要进行读操作时,FTL首先查询这个MAP,以获得映射信息,然后读取相应的block信息并返回给DOS,从而实现读映射。当DOS需要写入操作时,可能存在将bit0修改为1的情况,于是FTL层将申请一个新的block块,并将新信息写入,然后修改map信息,记录这个DOS扇区已经重新映射了,从而实现写映射。所以,从逻辑上看,FTL层就实现了DOS扇区的映射和FLASH的写入管理。


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