基于FLASH介质嵌入式存储方案的设计与实现

　　系统实现

　　结构定义

　　系统的存储结构如图1所示，在FLASH的Block0位置存放整个系统最重要的数据——系统记录SR(System Record)。选择Block0的原因是一般FLASH出厂时，都能保证Block0是完好的，因此可以避免坏块问题带来的不便。SR其实就是一个定义好的数据结构，它包括媒质信息和文件系统信息两部分。媒质信息包括FLASH存储器的类型、容量、块类型的大小和数量(Block Info)、FLASH操作命令(CommandInfo)等。文件系统信息包括版本信息、各逻辑分区的起始地址(物理地址)和结束地址。FLASH设备可以被分成一个或多个逻辑分区，每个逻辑分区采用的操作方式可以互不相同，如图1中Device0分区采用的是线性文件系统，Device1分区采用的是链式文件系统。如果采用的是线性文件系统，在分区信息后面加入文件索引表INDEX起始地址、大小等信息;如果采用的是链式文件系统，则加入文件系统页大小、文件分配表FAT和文件登记表FRT所在的位置等信息。

　　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。

　　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。

　　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;

　　因此，本文所设计的FLASH存储系统，非常适合于嵌入式系统的应用。